拜永孝:我的石墨烯情结

日期: 2020-04-01
来源: 石墨烯联盟
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  4月2日,兰州大学拜永孝教授即将以网络直播的形式,为北京交通大学附属中学的160名同学作题为《石墨烯与美好生活》的主题演讲。今日,拜永孝教授接受了我们的采访,以下为拜永孝教授自述:
 
悲欣交集,我的新材料情结
  前段时间,某大型央企通知我重启某一材料领域的研究,而且特别强调这次的研发任务是确保要做到产品级别,要求材料性能达到目前该类进口产品同样的品质和指标,并且这次的指示很明确,要求我们全力以赴,不惜代价,在原来小试研究基础上进一步开展中试和产业化开发,直至做出取代进口的产品来。
  这是我十几年前曾经开展的一项研究,十几年后的今天能够继续进行和完善,自然有几分欣喜。但欣喜之余,更多的是隐忧,此次重启研究的原因,是某些国外企业出尔反尔,拒绝按照先前承诺为我方稳定供货。
  习主席强调“真正的大国重器,一定要掌握在自己手里。核心技术、关键技术化缘是化不来的,要靠自己拼搏”。国家领导人的高瞻远瞩在现阶段看来更是意味深长,更加坚定了我们开发产业应用技术与推动新材料报国的信心和决心。
  虽然自改革开放以来我国在科研领域的发展很快,但我国科技被“卡脖子”的领域还很多,而且很大一部分是是材料问题,我国材料工业大而不强,相比发达国家的技术水平确实还比较落后。仍需要全国的科技工作者团结协作、加倍努力、不畏艰难、砥砺前行。
 
结缘石墨烯
  石墨烯作为战略性新兴材料,已列入国家“十三五”科技专项规划并在“中国制造2025”中明确了其发展路径。石墨烯是全球首个被发现的单原子层二维纳米材料,其特殊的结构和一系列突出的性能注定了其具有广泛的应用前景。
  2009年,我在密歇根大学做博士后研究期间就开展了石墨烯制备方法及其应用领域的研究工作。
  回国后在甘肃省、兰州市和兰州大学各级领导的关心和鼓励下,在中国石油、方大炭素等诸多企业和社会力量的支持下、在石墨烯研究领域前辈和同仁的提携和帮助下经过十来年的努力,主要做了如下方面的点滴工作。
 
石墨烯制备方法和工艺技术研发
  突破了制约高质量石墨烯制备的科学与技术瓶颈,解决了石墨烯绿色规模化制备、提纯、改性、表面修饰及后处理的关键核心技术。
  5年前已经实现了高品质石墨烯的产业化制备,生产装置运行稳定。在系统优化工艺技术的基础上,目前可提供十吨级石墨烯、百吨级石墨烯导电浆料的低成本制备工艺和工程建设技术,实现交钥匙工程。
 
拜永孝:我的石墨烯情结
石墨烯样品照片
 
能量储存与新能源
  开发的石墨烯可应用于超级电容器、锂离子电容器和锂离子电池等可充电电池中以提高其能量密度、循环稳定性和低温性能等综合性能。石墨烯的单原子层片状结构不稳定,在热力学驱动下片层之间由于π-π作用易发生回叠和堆叠,从而使得比表面积大幅度减小和导电性迅速降低,从而限制了其功能特性的充分体现,这是制备高性能石墨烯超级电容器、锂离子电池电极面临的难题和挑战。
  同时,在实际应用中,提高电极材料的质量密度以减小能源存储器件的体积,也是新型超级电容器的发展方向。我们针对防止石墨烯材料的片层堆叠问题,通过设计和构建电极材料的三维结构,围绕电极材料的孔结构调控和表面性质优化这一关键问题,设计合成了不同孔结构与不同表面性能的石墨烯基电极材料、构筑了高能量密度的储能器件。
 
拜永孝:我的石墨烯情结
多孔状高密度石墨烯电极材料和储能器件
 
导电油墨和墨水
  开发的高导电性的石墨烯可实现环境友好的高性能导电油墨的配制,应用在物联网射频标签、传感器、印刷电路等微电子及信息技术领域。此外,还可以用于薄膜发热和柔性功能材料领域,利用石墨烯发射远红外波实现加热和发热作用,可用于功能服饰、保健、清洁供暖等方面。
 
拜永孝:我的石墨烯情结
石墨烯导电墨水与印刷电路
 
高分子复合材料
  开发的石墨烯制备和改性技术,将表面改性修饰石墨烯采用原位聚合、熔融复合、溶液复合等特定的方法融合到塑料、橡胶、纤维等高分子基体材料中。通过调控石墨烯的表面结构和化学性质、界面能、表面浸润性来解决与不同类型聚合物的热力学相容性和相分离的问题,从而大幅提升复合材料的强度与韧性,同时赋予材料抑菌、抗紫外线、驱螨、防腐、抗静电、阻燃及导热等功能特性。
 
拜永孝:我的石墨烯情结
石墨烯-聚合物复合母料、薄膜、纤维和医用敷料
 
寄望美好生活,投身石墨烯青少年科普
 
拜永孝:我的石墨烯情结
百场线上科普讲座第十场
 
  科技创新与科学技术的普及,如同车之两轮、鸟之两翼。作为石墨烯行业的追梦人,我一直关注着青少年科普事业。
  4月2日,我将以网络直播的方式,为来自北京交通大学附属中学的160名同学作《石墨烯与美好生活》主题演讲。
  本场讲座是“神奇的石墨烯改变世界”青少年科普公益活动线上科普讲座第十场。科普公益活动现火热进行中。
  活动由中关村华清石墨烯产业技术创新联盟(以下简称“联盟”)和中国技术市场协会青少年科技创新工作委员会主办, 以“少年追梦路,'烯' 望探索行”为主题。从石墨烯这一具备神奇性能和传奇发现过程的“黑金”材料入手,通过线上线下科普讲座、青少年科技创新成果竞赛、“烯”望少儿创意设计大赛、参观展示体验示范、海外游学等方式,体现关注青少年成长、推进石墨烯产业创新发展、实现中华民族伟大复兴的愿景。
  我们期待更多热心公益、积极践行社会责任的机构、企业、个人加入我们,成为我们的伙伴,与我们一起铺就青少年追梦之路,探索明日的“烯”望!

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