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海归高超:探索石墨烯的未来之路

2019-08-12 09:12 来源: 中青在线 作者: liuxuehr

6月6日,全球首条纺丝级单层氧化石墨烯十吨生产线在杭州试车成功。当天,国际石墨烯产品认证中心为该生产线生产的单层氧化石墨烯及其应用产品多功能石墨烯复合纤维,分别颁发了全球首个产品认证。

这条生产线是将浙江大学高超教授团队的成果转化并建设的。高超表示,石墨烯是国家重点支持的战略前沿和新兴材料产业,长期以来,高品质单层石墨烯粉体类原料无法量产,这使得石墨烯的诸多优异性能无法充分发挥,产业化之路困难重重。

生产线试车成功,标志着高超和他的团队在全单层反应、高效分离提纯、粉末再溶解等十多项科学技术工程难题上的突破:该团队掌握了国际原创的全套量产技术。

46岁的高超,是目前国内高分子材料研究领域的“万人计划”领军人物,尤其在有着“改变21世纪的材料”之称的石墨烯领域硕果累累。

高超是土家族人,浙江大学求是特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长,浙江省科协第十届委员会委员、常委,浙江大学学术委员会委员。凭借优秀的教学能力、杰出的科研成果和大量的研发专利,高超获评第十二届“浙江省青年科技奖”。

早在中学时期,高超就对化学有特别的兴趣。因为喜欢,所以会去深入了解。“那时就知道有机化工,特别是有机高分子材料,如塑料、橡胶、纤维等。”高超说,它既与科学有关,又与工程相关,在国民经济各个行业都有重要用途。

因为对化学情有独钟,高超在填报高考志愿时毫不犹豫地选择了化学。1998年,高超从湖南大学硕士毕业,来到上海交通大学攻读博士,后来留校任教。此后,他又先后去英国、日本和德国留学。

“这是个人兴趣和职业选择的完美结合。”现在回忆起少年时的选择,高超仍倍感自豪与幸福。他说,当科学家是他儿时的梦想,一路坚守科研道路,既实现了当年的梦想,又在不断探索中打开了新天地。

2008年,高超来到浙江大学,组建起自己的科研团队。他选择高分子基纳米化学与材料作为研究方向,并聚焦于石墨烯的基础研究与应用开发。高超认为,在所有纳米碳材料中,石墨烯是最有前景的。高超表示,石墨烯具有优异的机械、电化学和热学性能,在柔性器件、智能机器人、航空航天等领域有广泛应用。

敢于突破科研惯性的高超,很快就在这一领域脱颖而出。

迄今为止,高超团队取得了高强、高导电石墨烯纤维,高导热超柔性石墨烯薄膜,石墨烯纤维无纺布,全天候超快长循环铝-石墨烯电池,多功能石墨烯织物,高可拉伸全碳气凝胶弹性体,超弹性石墨烯气凝胶微球等众多研究成果。

他们制备出的超轻气凝胶“石墨烯气凝胶”,是目前世界上已知最轻的固体材料,“即使把它压在狗尾草上,也不会压弯狗尾草的毛尖”。这项材料获得2013年吉尼斯世界最轻材料的纪录认证,并入选2013年中国十大科技进展新闻。

高超团队研制出的短短几秒便可完成充电的超柔性“新型铝—石墨烯”电池,具有“全天候超快长循环”性能,可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作。这种电池能在零下30摄氏度和120摄氏度的环境中,分别实现1000次充放电和4.5万次充放电,为未来铝离子电池在极端温度下的使用打下基础。

新型材料“石墨烯膜”解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题,其最高2053瓦/每米每度的导热率,可媲美目前世界上导热最有优势的材料金刚石,创造了宏观材料导热率的新纪录。

在研究中,高超团队不断提升石墨烯宏观组装材料的电、热、力、光电、电磁屏蔽等性能。他们发现的石墨烯液晶现象,还打开了新的研究方向,凭借这一现象,高超领衔的课题组,也找到了低成本制备单层石墨烯的捷径,突破了石墨烯工业化难题。

目前,高超及其团队在《自然-通讯》(Nat. Commun。)、《先进材料》(Adv. Mater。)等杂志上发表的SCI收录文章有200余篇,他引1万余次,获授权中国发明专利60多项。高超还是《纳微快报》(Nano-Micro Lett。)、《中国科学:化学》、《功能高分子学报》等期刊的编委,中国能源学会专家委员会委员。

值得一提的是,这位在科研道路上硕果累累的学者,还是一位努力进行科研成果产业化应用的创业者。高超希望,通过成果的转化,“一方面证明科学研究的价值,同时能推动社会进步、促进人类的文明发展”。

据悉,高超团队试车成功的纺丝级单层氧化石墨烯生产线,目前生产的产品单层率大于99%。“能够支撑起多样化的下游应用。”高超表示,有了高品质原料的稳定供应,将有助于石墨烯科学研究及下游应用的产品开发,并加速进入有序、高质、高速的发展轨道。

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