拜永孝：我的石墨烯情結(jié)

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　　前段時(shí)間，某大型央企通知我重啟某一材料領(lǐng)域的研究，而且特別強(qiáng)調(diào)這次的研發(fā)任務(wù)是確保要做到產(chǎn)品級(jí)別，要求材料性能達(dá)到目前該類進(jìn)口產(chǎn)品同樣的品質(zhì)和指標(biāo)，并且這次的指示很明確，要求我們?nèi)σ愿?，不惜代價(jià)，在原來(lái)小試研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展中試和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，直至做出取代進(jìn)口的產(chǎn)品來(lái)。

　　這是我十幾年前曾經(jīng)開(kāi)展的一項(xiàng)研究，十幾年后的今天能夠繼續(xù)進(jìn)行和完善，自然有幾分欣喜。但欣喜之余，更多的是隱憂，此次重啟研究的原因，是某些國(guó)外企業(yè)出爾反爾，拒絕按照先前承諾為我方穩(wěn)定供貨。

　　習(xí)主席強(qiáng)調(diào)“真正的大國(guó)重器，一定要掌握在自己手里。核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)化緣是化不來(lái)的，要靠自己拼搏”。國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高瞻遠(yuǎn)矚在現(xiàn)階段看來(lái)更是意味深長(zhǎng)，更加堅(jiān)定了我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)與推動(dòng)新材料報(bào)國(guó)的信心和決心。

　　雖然自改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)在科研領(lǐng)域的發(fā)展很快，但我國(guó)科技被“卡脖子”的領(lǐng)域還很多，而且很大一部分是是材料問(wèn)題，我國(guó)材料工業(yè)大而不強(qiáng)，相比發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平確實(shí)還比較落后。仍需要全國(guó)的科技工作者團(tuán)結(jié)協(xié)作、加倍努力、不畏艱難、砥礪前行。

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　　石墨烯作為戰(zhàn)略性新興材料，已列入國(guó)家“十三五”科技專項(xiàng)規(guī)劃并在“中國(guó)制造2025”中明確了其發(fā)展路徑。石墨烯是全球首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的單原子層二維納米材料，其特殊的結(jié)構(gòu)和一系列突出的性能注定了其具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　2009年，我在密歇根大學(xué)做博士后研究期間就開(kāi)展了石墨烯制備方法及其應(yīng)用領(lǐng)域的研究工作。

　　回國(guó)后在甘肅省、蘭州市和蘭州大學(xué)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和鼓勵(lì)下，在中國(guó)石油、方大炭素等諸多企業(yè)和社會(huì)力量的支持下、在石墨烯研究領(lǐng)域前輩和同仁的提攜和幫助下經(jīng)過(guò)十來(lái)年的努力，主要做了如下方面的點(diǎn)滴工作。

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　　突破了制約高質(zhì)量石墨烯制備的科學(xué)與技術(shù)瓶頸，解決了石墨烯綠色規(guī)?；苽洹⑻峒?、改性、表面修飾及后處理的關(guān)鍵核心技術(shù)。

　　5年前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化制備，生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定。在系統(tǒng)優(yōu)化工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，目前可提供十噸級(jí)石墨烯、百噸級(jí)石墨烯導(dǎo)電漿料的低成本制備工藝和工程建設(shè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交鑰匙工程。

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石墨烯樣品照片

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　　開(kāi)發(fā)的石墨烯可應(yīng)用于超級(jí)電容器、鋰離子電容器和鋰離子電池等可充電電池中以提高其能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性和低溫性能等綜合性能。石墨烯的單原子層片狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)下片層之間由于π-π作用易發(fā)生回疊和堆疊，從而使得比表面積大幅度減小和導(dǎo)電性迅速降低，從而限制了其功能特性的充分體現(xiàn)，這是制備高性能石墨烯超級(jí)電容器、鋰離子電池電極面臨的難題和挑戰(zhàn)。

　　同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，提高電極材料的質(zhì)量密度以減小能源存儲(chǔ)器件的體積，也是新型超級(jí)電容器的發(fā)展方向。我們針對(duì)防止石墨烯材料的片層堆疊問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建電極材料的三維結(jié)構(gòu)，圍繞電極材料的孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和表面性質(zhì)優(yōu)化這一關(guān)鍵問(wèn)題，設(shè)計(jì)合成了不同孔結(jié)構(gòu)與不同表面性能的石墨烯基電極材料、構(gòu)筑了高能量密度的儲(chǔ)能器件。

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多孔狀高密度石墨烯電極材料和儲(chǔ)能器件

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　　開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)電性的石墨烯可實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的高性能導(dǎo)電油墨的配制，應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)射頻標(biāo)簽、傳感器、印刷電路等微電子及信息技術(shù)領(lǐng)域。此外，還可以用于薄膜發(fā)熱和柔性功能材料領(lǐng)域，利用石墨烯發(fā)射遠(yuǎn)紅外波實(shí)現(xiàn)加熱和發(fā)熱作用，可用于功能服飾、保健、清潔供暖等方面。

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石墨烯導(dǎo)電墨水與印刷電路

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　　開(kāi)發(fā)的石墨烯制備和改性技術(shù)，將表面改性修飾石墨烯采用原位聚合、熔融復(fù)合、溶液復(fù)合等特定的方法融合到塑料、橡膠、纖維等高分子基體材料中。通過(guò)調(diào)控石墨烯的表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)、界面能、表面浸潤(rùn)性來(lái)解決與不同類型聚合物的熱力學(xué)相容性和相分離的問(wèn)題，從而大幅提升復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性，同時(shí)賦予材料抑菌、抗紫外線、驅(qū)螨、防腐、抗靜電、阻燃及導(dǎo)熱等功能特性。

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石墨烯-聚合物復(fù)合母料、薄膜、纖維和醫(yī)用敷料

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百場(chǎng)線上科普講座第十場(chǎng)

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　　科技創(chuàng)新與科學(xué)技術(shù)的普及，如同車之兩輪、鳥(niǎo)之兩翼。作為石墨烯行業(yè)的追夢(mèng)人，我一直關(guān)注著青少年科普事業(yè)。

　　4月2日，我將以網(wǎng)絡(luò)直播的方式，為來(lái)自北京交通大學(xué)附屬中學(xué)的160名同學(xué)作《石墨烯與美好生活》主題演講。

　　本場(chǎng)講座是“神奇的石墨烯改變世界”青少年科普公益活動(dòng)線上科普講座第十場(chǎng)?？破展婊顒?dòng)現(xiàn)火熱進(jìn)行中。

　　活動(dòng)由中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱“聯(lián)盟”）和中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)協(xié)會(huì)青少年科技創(chuàng)新工作委員會(huì)主辦， 以“少年追夢(mèng)路，'烯' 望探索行”為主題。從石墨烯這一具備神奇性能和傳奇發(fā)現(xiàn)過(guò)程的“黑金”材料入手，通過(guò)線上線下科普講座、青少年科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽、“烯”望少兒創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽、參觀展示體驗(yàn)示范、海外游學(xué)等方式，體現(xiàn)關(guān)注青少年成長(zhǎng)、推進(jìn)石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的愿景。

　　我們期待更多熱心公益、積極踐行社會(huì)責(zé)任的機(jī)構(gòu)、企業(yè)、個(gè)人加入我們，成為我們的伙伴，與我們一起鋪就青少年追夢(mèng)之路，探索明日的“烯”望！