石墨烯是“新材料之王”，中國雖非首個研發(fā)出石墨烯的國家，但已在石墨烯的多個應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)下碩果，迄今形成了40余種新材料，達到了國際領(lǐng)先水準。輝煌的背后，則是中航工業(yè)北京航空材料研究院的“創(chuàng)新者”們長達十年的長跑。

    5月11日，調(diào)結(jié)構(gòu)·轉(zhuǎn)方式調(diào)研行采訪團來到北京航材院，探尋石墨烯產(chǎn)品的神奇和它背后的“創(chuàng)新故事”。

楊程博士在介紹石墨烯相關(guān)產(chǎn)品

    從軍工到民用 多項成果領(lǐng)跑國際

    去年10月，國家主席習(xí)近平在訪英時曾指出“在當前新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技革命大背景下，新材料產(chǎn)業(yè)必將成為未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)”，可見其重要性。

    北京航材院石墨烯及應(yīng)用研發(fā)團隊材料學(xué)博士王旭東表示：“石墨烯是當前世界上強度最高、導(dǎo)電最好、導(dǎo)熱最強的材料，它還有著極強的韌性、很輕的質(zhì)量。不僅如此，如果科學(xué)地在傳統(tǒng)材料里加入石墨烯，還能讓傳統(tǒng)材料的性能大大提升。因此它被稱為新材料之王。”

    2004年，曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。“相比于其他國家，石墨烯在中國的誕生并不算晚。2008年，航材院便掌握了石墨烯納米片的制備技術(shù)。”據(jù)北京航材院石墨烯及應(yīng)用研發(fā)團隊楊程博士介紹，目前中國石墨烯生產(chǎn)已有一定規(guī)模，且在石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域取得了重要成果。

    “航空航天領(lǐng)域常用到鈦合金材料，它能夠承受很高的溫度，但導(dǎo)熱性能卻不理想。因此以往的做法往往是在設(shè)備上增加很多強散熱裝置，用機械結(jié)構(gòu)來解決材料上的不足。而如今在鈦合金中加入石墨烯，能夠讓它的散熱性能提高200%左右，從而解決了很多問題。”在采訪中，研發(fā)團隊展示了多款石墨烯產(chǎn)品，例如軍用領(lǐng)域的防彈材料、飛機零部件，民用領(lǐng)域的空氣凈化口罩、動力電池等。

    中國經(jīng)濟網(wǎng)了解到，如今航材院的研發(fā)團隊已系統(tǒng)掌握了航材院系統(tǒng)掌握了高品質(zhì)石墨烯制備及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，在國際上首次提出了石墨烯隱身材料、防彈材料、增強金屬材料、電子封裝材料、石墨烯鋁導(dǎo)線等應(yīng)用概念，形成了涵蓋石墨烯金屬材料和非金屬在內(nèi)的40余種新材料，這將加速傳統(tǒng)材料的升級換代，推動裝備制造的更新?lián)Q代。

 添加石墨烯的傳統(tǒng)材料

    科研創(chuàng)新團隊不論資歷 唯能者上

    在人們的印象中，國家戰(zhàn)略性科學(xué)技術(shù)的研究往往由有資歷的科學(xué)家從事，而航材院石墨烯及其應(yīng)用的研發(fā)團隊則是一群充滿活力的年輕人。

    “在我們這里，不論資歷，誰有能力誰就帶領(lǐng)團隊。”王旭東認為，這樣的機制激發(fā)了年輕人對科研的專注和熱忱，也是富有效率的方式，“我們評判人的唯一標準就是能力，年輕的研究人員只要專注在石墨烯的某一個應(yīng)用領(lǐng)域，選定了方向就可以著手去研究。隨著研究方向的成長、效果的好壞來配人裁物。”

    如今，航材院建成了多學(xué)科交叉、年輕的石墨烯創(chuàng)新團隊及技術(shù)體系完整、基礎(chǔ)雄厚的工程應(yīng)用研究團隊。核心創(chuàng)新團隊以年輕博士為骨干，擁有100余人，他們的專業(yè)涵蓋物理、化學(xué)、金屬材料、高分子材料、力學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，依靠航材院近60個研究專業(yè)，系統(tǒng)開展了石墨烯在各類材料中的工程應(yīng)用研究。

    據(jù)航材院黨委書記王亞軍介紹，通過創(chuàng)立有利于激勵自主創(chuàng)新的人才評價和獎勵制度，提升了科研團隊創(chuàng)新主體的能力水平、主觀能動性和源頭創(chuàng)造性，從而造就了可喜的科研創(chuàng)新成果。

    每年要做幾百種新材料 創(chuàng)新很忙

    愛迪生發(fā)現(xiàn)鎢絲之前嘗試了1600多種耐熱材料，終于點亮了人類的夜空。與所有科研工作一樣，石墨烯應(yīng)用的研發(fā)是一項“久久為功”的辛苦活。

    2008年，航材院掌握石墨烯納米片制備技術(shù)；2009年，成功研制出大尺寸石墨烯薄膜；2010年，石墨烯納入中航工業(yè)集團重點創(chuàng)新戰(zhàn)略舉措；2012年，航材院石墨烯及應(yīng)用研究院中心成立……從開始研發(fā)至今已有十余年時間，石墨烯及其應(yīng)用產(chǎn)品的技術(shù)一步步成熟，而亦有科研人員從青年熬成了中年。

    在接受采訪時，面對著眼前各式各樣的石墨烯產(chǎn)品，王旭東感慨：“你們現(xiàn)在看到的是成功的一瞬間，但我們?yōu)榇俗吡耸辍?rdquo;據(jù)楊程博士介紹，雖然石墨烯的性能強大，但因為技術(shù)、市場和價格等諸多因素的限制，目前國內(nèi)乃至國際上都未有大規(guī)模的運用案例。當前石墨烯的應(yīng)用，更多集中在對傳統(tǒng)材料的性能增強上。而以怎樣的方式、將多少比例的石墨烯“加入”傳統(tǒng)材料，才能都達到增強導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、韌性、強度等目的，需要經(jīng)過不計其數(shù)的實驗和失敗。

    “創(chuàng)新很忙，我們每天都要嘗試新的材料，一年總共要做幾百種新材料。從一個想法到做出樣品，到形成產(chǎn)品再到商品，每段路都不好走。”王旭東回憶起過去的時光。

    耗時長久，石墨烯產(chǎn)品如今尚無一件能夠量產(chǎn)走向市場，創(chuàng)新者們的努力還沒有轉(zhuǎn)化成好看的經(jīng)濟數(shù)據(jù)，但他們的成果卻實實在在地提高了發(fā)展的質(zhì)量。