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成会明:石墨烯应用的路非常长,需要大规模研究开发

2018-10-13 中国发展网

中国发展网 记者刘丹阳报道 10月13日,中国科学院院士成会明在中国发展50人论坛-石墨烯专题研讨会,暨安德烈德通石墨烯金秋茶话会上发表致辞,他在演讲中指出,石墨烯应用的路非常长,还需要我们共同努力,从制备的角度、转移工艺方法的研究,到与器件器配工艺的研究还有应用的研究,我们还有很长的路要走,但是我们的目的是希望大规模应用于清洁能源、微电子、光电子、环境、航空航天等这些领域,需要我们致力于研究开发。

成会明

中国科学院院士成会明 安然摄影

以下为成会明演讲实录:

尊敬的盖姆教授,大家早上好。非常感谢肖总邀请我出席这次论坛,一开始肖总跟我联系的时候,让我来参加与亲爱的盖姆教授的茶话会,我认为是一个非常轻松的事,所以我就答应来了。但是三天前肖总跟我联系说要做一个报告,应该要讲应用技术,这就比较难了,其实我还是比较偏重于基础的。

时间也比较短,我就根据我掌握的一些资料准备了一个简单的报告,希望大家批评指正。我们都知道石墨烯具有很多很优异的性能,我一直使用这张片子,这张片子被我使用了100多次了,这是盖姆教授2009年的一张片子,大家可以看到石墨烯的各类性能都是我们现在人类已知材料,所以基本上都是最高级,从热性能到电性能,到其他性能,比如说不可渗透性,比如说延展性等等,当然石墨烯也是一个最薄的材料。既然有这么优秀的性能,大家都对石墨烯抱有非常大的期望,认为石墨烯可以在方方面面找到它可能的应用,从电子到光调制器件,到传感,到显示,到能源器件,复合材料等等多方面。我应该也是在国内从实验上研究石墨烯比较早的一个团队,因为我们大概从2006年开始做石墨烯的研究,所以也是希望能够使石墨烯在很多领域应用。

但是如果真正谈起应用的话,制约的因素还是很多的,我们要应用的话,不仅跟材料的质量,也跟材料的成本有很多的关系,而且不同的应用,实际上我们需要不同种类的材料,比如说低成本制备的更多在涂层、添加剂、复合材料等应用,CVD制备的高质量的石墨烯可能更多在器件等方面的应用,我今天把应用分成两大类,一类是CVD制备的,比较适合于器备的,也是女石墨烯,另外就是男石墨烯。

石墨烯可以是粉体的,可以是浆料,也可以是薄膜,还可以是组装体,比如相对比较宏观的三维的结构,因此可以在很多领域从能量、储存转换到生物医药与人类健康,到环境保护,到传感,这些都是跟我们人类日常生活密切相关的,当然在工业领域有很多应用,比如说复合材料,这个有可能在运载工具,热管理在微电子器件,当然石墨烯本身可以用作电子器件或者光电子器件。

具体到国内应用的话又有很多细分,因为时间关系,我不能跟大家一一的介绍。

但我们的目标大概可以归纳到这边,大家可以看到,如果是复合材料的话,我们是希望发展多功能的,也希望它可能性能更好,韧性更高,对于能量转换我们希望它价格比较低一点,而且是高效、可持续的。对于器件来说,我们更多的是着重于柔性或者可穿戴,当然是低能耗,对于传感,特别是生物传感和健康的话,我们希望它能够更敏感,而且也更安全。

石墨烯现在谈论的很多,做的也很多,我们国内工业园也很多,企业就非常多了,但是确实正如徐参事提出来的,不要把他们都关联到石墨烯,把这个市场搞乱。

下面我简单介绍我刚才讲的CVD薄膜石墨烯可能的一些应用和粉体的。目前来说,国内有三家比较有代表性的生产CVD石墨烯的企业,一个是无锡的德飞(音),他们现在已经可以规模生产,他们目前更多的是针对这样一些领域,一个是触碰屏可穿戴电子用的一些显示,还有用CVD生产的薄膜做一些健康制品,特别是深圳的希望科技用了很多他们的产品。大家可以看到这个薄膜的电阻还是比较低的,可以看到柔性还是比较好的。我们也在这方面做了很多工作,因为我们应该是在国内最早开展石墨烯研究的,但是由于CVD生产石墨烯薄膜市场还没有打开,所以我们技术仍然还在实验室,我们从生产到制备到器件开展了一系列的技术,拥有了几十项相关的专利,从制备到转移到器件。

另外一家代表性的企业就是重庆龙飞(音),他们采取了跟德飞不太一样的技术方式,也可以大规模的生产石墨烯,他们目前针对的是可穿戴电子,电子芯,比较有意思的是他们最近在开发远红外宽频带,用于国家安全领域方面,我觉得这个应用可能还是比较有意思的应用。我们也在用石墨烯薄膜,希望在柔性显示和能源器件里面用,这个是欧莱的,大家简单看到这个性能好于现在商业化的欧莱产品,效率相对来说是非常高的。

深圳的希望科技,也做了很多跟健康相关的产品,我不知道今天门外给大家的赠品是哪个公司的,应该也是跟健康相关的制品,据说现在销路还不错。我们刚才讲的CVD生长都是在薄膜上生长,需要转移,刘院士研发这个是直接在玻璃上生长,所以叫超级石墨烯玻璃,有可能用于智能窗户、智能汽车、发热,还有其他的一些应用,特别是他们最近开发了一个比较有意思的应用,就是在光纤上生长石墨烯,来提高相应的效率。

由于时间关系,我就再切入到粉体,粉体生产的话,应该说在我们国内的企业非常多,我也不了解所有这些信息,也不可能都列出来,在这儿列出来的是几家比较早期成立的企业,像宁波墨烯,他们2013年就有一个做粉体的企业,德阳是我们的技术成立的,2012年成立的企业,但是发展规模一直是属于匀速渐进性,2016年有30吨粉体的生产线,直到现在30吨粉体还卖不出去,所以我们还需要好好的努力。无锡的第六元素,东莞的红纳(音),包括青岛的德通,这都是规模比较大的。这个是我们在四川德阳2010年建成的30吨粉体的生产线,我们这个方法应该说得到了石墨烯的质量还是比较好的,粉体的应用最早开发的就是导电添加剂,德通也在这个领域进行开拓,据说他们去年卖了一万吨。

我们这个四川德阳西碳,利用我们自己生产的石墨烯主要致力于人类界面材料的开发,他们开发了两款材料,10个瓦每米每K(音),一个是15瓦每米每K(音),这是用户用我们的产品和用其他产品的对比,我们15瓦的热阻是好于一些厂家20瓦的热阻的,就是说我们产品的性能还是很好,当然我们也做一些涂层,比如这个主要用于LED散热的涂层,效果也是比较好。

东南大学的孙立涛(音)教授他们致力于开发防雾霾口罩,他们做了研究对比,他们开发的口罩房雾霾性能远远好于国内外厂家的性能,主要的优势是他们可以较长时间的具有抗雾霾的功能,而其他的厂家,你看一个小时以后基本上功能就下降的比较多了。还有石墨烯在轮胎里面的应用,这个是第六元素提供的材料,大家可能成本增加不多,但是效果还是非常显著的,我们在青岛也有这个方面的开发。这个是防腐蚀方面的应用,今天有专门介绍防腐蚀的,这个是第六元素他们在海上风电塔用来抗腐蚀的演示。

石墨烯粉体应用的话除了上面的应用,还有一个就是说薄膜,就是我们怎么把粉体组装成薄膜,我们最近开发了一个连续的离心铸造系统,我们这个方法可以非常快速的制备薄膜,不同的厚度,非常好的均匀性,并且定向性也非常好,不仅可以做石墨烯,还可以做其他的材料,并且我们还可以做比较厚的薄膜,比如100个微米的薄膜。

因为时间关系,我就简单给大家介绍这么多,实际上应用的路非常之长,还需要我们共同努力,从制备的角度、转移工艺方法的研究,到与器件器配工艺的研究还有应用的研究,我们还有很长的路要走,但是我们的目的是希望大规模应用于清洁能源、微电子、光电子、环境、航空航天等这些领域,需要我们致力于研究开发。

我感谢我的同事,特别是任文才(音)博士,我们一起做石墨烯十多年,同时感谢这些资助机构,除了国家的,我们还有深圳市政府的支持,深圳市政府也支持盖姆(音)教授和我一起在深圳建了一个石墨烯中心。我非常喜欢这张片子,这张片子是清华大学的范守山(音)院士经常用的,就是我们作为材料科学家要有所发现,研究新材料,更重要的是要把新材料变成有用的材料,这样才能为我们国家的经济或者人类的发展做出应有的贡献,所以让我们共同努力,谢谢大家。