您现在正在浏览: 首页 » 福大人物

福大人物:

【学术论坛】刘忠范院士:石墨烯新材料——从科学到工程

发布日期: 2020-11-28    作者: 学生记者 林俊杰 林志仙 夏炯耀    阅读:

刘忠范院士与师生交流 学生记者 陈震 摄

编者按:“科技创新”是未来国家发展的关键词。近日,多位“两院”院士做客“嘉锡讲坛”,为我校师生带来科技前沿的精彩讲座。从石墨烯到新能源,通过本报记者的分享,让我们一起感受科学研究与国家发展的同频共振。

11月6日下午,中国科学院院士、九三学社中央副主席、北京市委主委、北京市政协副主席、北京大学纳米科学与技术研究中心主任、北京石墨烯研究院院长刘忠范莅临福州大学,带来主题为“石墨烯新材料:从科学到工程”的学术报告。刘忠范院士从“碳的前世今生”讲到“石墨烯的一跃飞升”;从“与石墨烯的难解学术之缘”聊到“主打石墨烯的产研模式”。数百名师生聆听了此次精彩报告。


异军突起的新材

一头大象、一支铅笔、一块薄膜,大象站在铅笔上所产生的压强,竟不能刺破这块石墨烯材料薄膜。刘忠范院士以这样一幅有趣的图画引出石墨烯的概念,“石墨烯是新材料之王,是最薄、强度最大的材料——它比钢强韧200倍,导电性比银高1.6倍,导热率比铜高13倍。”

“石墨烯是二十一世纪的战略性材料,它在各领域都能有相对应的应用。”锂离子电池,靶向药物,污水净化,防弹衣……刘忠范院士列举了石墨烯在能源、生物医药、电子信息、航空航天等领域上的应用成果。他认为,石墨烯作为一种兼备了多种优良性能的新兴碳材料,势必会成为未来重点研究与开发的对象。从2010年至今,我国共有16000余家石墨烯相关企业、29个石墨烯产业园、54个研究院等各级各类研发机构对这种重要的新材料进行研究开发。
  刘院士介绍了粉体石墨烯与薄膜石墨烯的制备技术。他形象地将粉体石墨烯称为“傻大黑”的“男石墨烯”,将薄膜石墨烯称为“漂亮”的“女石墨烯”。粉体石墨烯批量制备所用的石墨剥离技术,成本较低,但会产生大量污水,制备出的石墨烯质量也较差;薄膜石墨烯批量制备所用的化学气相沉积技术,成本较高,制备得到的石墨烯质量也较好。“制备决定未来,石墨烯材料是石墨烯产业发展的关键,没有规模化的制备技术,石墨烯材料难以突破”,刘忠范院士说道。


跨越从实验室到产品的鸿沟

“如果仅在大学实验室里做实验室的研究,只能发表学术论文,很难推进石墨烯的产业化”,刘忠范院士分享自己在北大石墨烯团队十二年探索中的心得。
  从科学到工程的过程,于石墨烯材料来说,具体表现在如何从实验室样品到规模化产品。“实验室样品一般关注尺寸、纯度、密度,而规模化产品还需考虑产率与成本。”在刘忠范院士看来,规模化产品和制备实验室样品二者之间存在鸿沟,如果能跨越这一鸿沟,也就意味着石墨烯材料产业化的突破。“基础决定实力,工艺决定质量,装备决定生产。”刘忠范院士表示:“我们的实验室基础研究技术很强,但还需要往工艺、规模化方向发展。”他表示,装备生产领域是新材料生产中的核心竞争力,需要牢牢把握。“科学家所具有的研究思维是由好奇心驱使,具有发散性;由责任心驱动的工程思维聚焦于工程师;产业思维需要依靠企业家与市场。”从规模化的制备迈向产业化,刘院士强调,这个过程特别需要科学家与工程师合作,使工程思维与产业思维突破研究思维的局限性。

探索核心竞争力

石墨烯产业建立在石墨烯材料的应用基础上。“如果石墨烯只是作为‘万金油’、‘添加剂’、‘工业味精’ 等一般材料,这决不是长远之策”,刘忠范院士强调。他认为,研究者要树立寻找石墨烯“杀手锏级的用途”的理念,而这些用途有时是不合乎逻辑、出人意料的。
  超级石墨烯玻璃、烯铝集流体材料、石墨烯蚕丝纤维……刘忠范院士展示了自己团队基于这一理念在开发石墨烯新用途的探索。“探索 ‘杀手锏级’ 的应用,需要耐心与坚持、原创性的基础研究、精益求精的工艺研发以及持续不断的投入。”
  中国拥有全球最大规模的石墨烯基础研究和产业大军,是石墨烯强国。同时刘院士也指出我国石墨烯产业发展的隐患:一是由于急功近利,出现经济科技“两张皮”的现象;二是缺少原创性的突破与“卡脖子”型的技术。
  对于石墨烯产业未来的发展,刘忠范院士认为,一方面要做引领全球的原材料及其制造装备,另一方面要探索原创性的石墨烯应用产品与核心技术。“践行工匠精神,融通政、产、学、研,才能打造石墨烯产业核心竞争力。”
  (学生记者杨孟哲、魏俊杰参与采访)



作者:学生记者 林俊杰 林志仙 夏炯耀

原文载于《福州大学报》第794期第3版(2020年11月27日编印)