浙江大学高超教授:与石墨烯十余年的不解之缘,左手上书架,右手上货架!

说起石墨烯纤维,不得不提到一个牛人,那就是浙江大学高超教授

高超,浙江大学求是特聘教授、博导,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,第二批国家“万人计划”入选者。目前担任Nano-Micro Letters、《中国科学·化学》、《功能高分子学报》等期刊编委。入选科技部“创新人才推进计划中青年科技创新领军人才”、“浙江省151人才工程第一层次培养人员”、“Academician of Asia-Pacific Academy of Materials (APAM)”,获得国家杰出青年科学基金、“钱宝钧纤维材料青年学者奖”、“Gold Kangaroo World Innovation Award”、“第十二届浙江省青年科技奖”、“浙江大学十大学术进展”等荣誉。

浙江大学高超教授:与石墨烯十余年的不解之缘,左手上书架,右手上货架!

高超教授课题组主要从事单层氧化石墨烯的宏量制备和宏观组装的研究,研究方向包括:石墨烯组装、石墨烯能源、石墨烯复合材料,研究成果石墨烯纤维打结图入选Nature 2011年度图片,超轻气凝胶获得“最轻固态材料”吉尼斯世界纪录认证,入选2013年中国十大科技进展新闻,铝-石墨烯电池入选2017年度浙江大学十大学术进展。先后在Science, Sci. Adv.,Nat. Commun.,Adv. Mater.,Acc. Chem. Res.等期刊发表SCI论文200余篇,目前17篇论文为ESI高被引论文,他引10000余次,获得中国发明专利授权60余项。

下面小编就带大家了解高超教授和石墨烯之间长达十余年的不解之缘。

浙江大学高超教授:与石墨烯十余年的不解之缘,左手上书架,右手上货架!

01 走出舒适区,从零再起,石墨烯“四大发明”接连问世

“首创(First)、极致(Best)、使命(Most)”。这不仅是高超对自己和研究团队成员提出的理念,也是他自己坚持不懈的追求。

2001年,高超获得上海交通大学博士学位,师从我国著名高分子化学家颜德岳院士,随后留校任教,2002年8月已经被评为副教授。2003年11月至2006年8月,高超先后在英国Sussex大学化学系Harold W. Kroto爵士实验室(因发现C60获得1996年诺贝尔化学奖)、日本Toyo大学Toru Maekawa教授课题组、德国Bayreuth大学Axel H. E. Müller教授课题组做访问和博士后研究。

在访学的过程中,高超教授一直在不断思考一个对他今后研究至关重要的问题:如何做出相对独立的创新工作。在上海交大,导师、课题组同事以及科研环境都十分熟悉,但多半会产生一种强烈的科学研究惯性,你会沿着原来的路走下去,研究方向很难发生大的改变,于是,2008年,高超教授依然走出了自己的舒适区,来到西子湖畔的浙江大学,组建起自己的科研团队,并选择高分子基纳米化学与材料作为研究方向,瞄准新材料领域的石墨烯基础研究与应用开发,开始独立研究之路。

当时,国际科研领域已经对它的纳米级结构和物理化学特性分析得非常透彻,但是还鲜有人研究石墨烯的宏观组装。高超教授十分好奇:石墨烯本身是一个“很小”的材料,如果把石墨烯组装起来变“大”,又会怎么样?

万事开头难,在新的工作单位和新的科研环境,高超教授面临诸多的挑战,压力十分大。特别是研究的前三年,实验室经费紧张,硬件和软件都跟不上团队的壮大,甚至数次出现断炊的风险。所幸,这些困难都被团队一一克服。敢于突破科研惯性,积极乐观,高超教授很快在石墨烯宏观组装领域脱颖而出,经典工作频频登上顶级期刊,其中包括石墨烯宏观组装的四大发明:石墨烯纤维、石墨烯无纺布、石墨烯连续组装膜、石墨烯气凝胶;以及超柔性的新型铝-石墨烯电池。

NO.1 石墨烯纤维打结

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2011年,浙江大学高分子系高超教授课题组通过研究发现氧化石墨烯片可以在水溶液中形成液晶相,并随浓度变化呈现片状排列或螺旋结构,这使得制备宏观石墨烯纤维成为可能。随后,团队通过氧化石墨烯液晶相的湿法纺丝法,首次成功纺制出长达数米的宏观石墨烯纤维。所制备的纤维不但强度高,而且韧性好,可以打成结或者编织成导电的垫子。文章中的石墨烯纤维打结图 ,入选Nature 杂志2011 年度11 幅经典图片之一

NO.2 超轻全碳气凝胶

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2013年,高超教授团队研制出了一种被称为“全碳气凝胶”的超轻材料(ultra-light aerogel),这种固态材料密度是空气密度的1/6,即0.16 mg/cm3,是目前世界上已知最轻的固体材料,“即使将一个马克杯大小的气凝胶压在狗尾草上,也不会压弯狗尾草的毛尖”。这项研究成果被《Nature》选为“Research highlight“,并评价为“Solid carbon, springy and light”。而且,全碳气凝胶获得2013年吉尼斯世界最轻材料的纪录认证,并被授予世界创新论坛“金袋鼠”创新奖。

NO.3 石墨烯无纺布

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2016年,高超教授团队在连续化湿法纺丝制备石墨烯短纤维的基础之上开发了一种“湿法融合组装技术”(wet-fusing assembly),利用氧化石墨烯纤维间的自融合现象,使无规取向的石墨烯短纤维在搭接结点处融为一体,成功研制出第一块由纯石墨烯纤维构成的无纺布织物。该石墨烯纤维无纺布具有非常好的柔性,导电和导热性能分别达到28000 S/m和301 W/mK,而密度仅有0.22 g/cm3其比导电率和比导热率远远高于已报道的碳基二维织物、薄膜材料及商业化的碳纤维纸

NO.4 石墨烯连续组装薄膜

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2017年,浙江大学高分子系高超教授团队通过湿法纺丝技术研发出一种新型石墨烯组装膜:它是目前导热率最高的宏观材料,同时具有超柔性,能反复折叠6000次,承受弯曲十万次。这一进展解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题,有望广泛应用于高效热管理、新一代柔性电子器件及航空航天等领域。

NO.5全天候超快长循环铝-石墨烯电池

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2017年,高超教授团队通过提出“三高三连续”设计原则,研制出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。

NO.6 氧化石墨烯液晶—水雕刻印刷术

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2019年,高超教授团队独辟蹊径,成功在氧化石墨烯液晶水溶液中实现直接书写或雕刻。团队通过探针改变石墨烯片的局部排列取向,改变其对光的折射,从而实现了人类历史上首次在水溶液中或液体中的自由微雕刻

02左手顶刊,右手高科技公司,致力石墨烯宏观材料产业化

作为一名科研工作者,高超教授带领团队成员取得了一项又一项成果,发表了SCI论文200余篇。最近的研究成果“氧化石墨烯纤维的可逆裂变与自融合”,更是问鼎全球顶级期刊《Science》(解读:浙江大学高超团队今日《Science》!)。

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然而,高超教授并不满足于此,在他身上有着自己的社会使命感,那就是推动石墨烯宏观材料的产业化。高超教授认为,科学家创业,跟普通的创业者应该是不一样的。“科学家创业的出发点或者使命,绝不是单纯为了去赚钱,而是要通过成果的转化,首先证明科学研究有真正的价值。其次通过你的原创技术贡献,为这个行业健康发展起个标杆作用。最后,要通过产品的持续创新力推动社会进步、提高生活水平乃至促进人类文明。”

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2016年,作为浙江大学科技成果转化与产业孵化的典范,高超教授团队创立杭州高烯科技有限公司,高超教授本人是公司创始人、首席科学家兼董事长。高烯科技注册资本3000万元,拥有10000平米研发中心,致力于单层石墨烯及其宏观组装材料的研发、生产及技术服务。目前拥有国际专利20多项,发明型专利300多项。在高超教授团队强劲的研发实力加持下,高烯科技成功开发出石墨烯“1+3型”产业链技术和产品:单层氧化石墨烯、多功能石墨烯复合纤维、石墨烯电热膜、石墨烯导热膜,技术指标国际领先,应用前景广阔。此外,石墨烯纯纤维、石墨烯电池、石墨烯光电子蕊片等已攻克关键技术点,高烯科技正以首创,极致、使命的经营理念,大力布局石墨烯产业。

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2016年该公司建成全球首条单层石墨烯原料生产线,致力于十大石墨烯产品研发与生产。2019年6月6日,高烯科技荣获IGCC全球首个单层氧化石墨烯及石墨烯复合功能纤维认证证书,向石墨烯产业化迈进了一大步。

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在单层氧化石墨烯原料的基础上,高烯科技攻克了纤维细旦化等系列技术难题,制备出像纯锦纶和涤纶长丝一样的全规格纤维品类。纤维手感柔软细腻,适合制造各类贴身衣物,如内衣、塑身衣、瑜伽服等等。2020年,高烯科技将推出 烯凤凰™单层石墨烯多功能纤维织物,让石墨烯走进千家万户,用黑科技打造健康美好生活。产品已正式面向市场,颇受消费者青睐。

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为此,高超教授还特意为单层石墨烯多功能纤维赋诗一首,聊以助兴。诗云:

“十年磨一线,康护六奇迹。化作烯凤凰,送君健美禧。”

03 科研之余,高超教授的另一个标签—诗人

浙江大学特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长,第二批国家“万人计划”科技创新领军人才,杭州高烯科技有限公司创始人、首席科学家、董事长……众多头衔之外,高超教授还有另外一重身份:诗人

学术与人文从不互斥,诗意和远方长存心中。下面选摘几首高超教授这些年来为石墨烯创作的诗,供大家欣赏交流:

烯望

石陶铜铁尽风流,信息时代硅独秀。

量子纪元孰占优,一片石墨立潮头。

氧化石墨烯(一)

插层氧化银变金,水洗超声片片新。

纵是千疮身百孔,组装修复变烯神。

氧化石墨烯(二)

不惧残缺分散欢,液晶凝固体膜纤。

料材器用通达时,一笑而藏天下安。

文末,附上将高超教授对科技使命感的理解。他认为,作为一名科研工作者,使命感可以分几个层面:

第一个层面是把金钱变成知识,金钱就是国家的投入,投入就是金钱,我们要比较高效率地把它转变成知识,要把国家的每一分钱花在刀刃上,能够产生出更大的科学价值;

第二个层面是把科学变成产品,也就是把知识变成财富,把研究成果通过转化孵化变成产品,然后卖出去变成商品,最后产生财富,为社会做贡献;

更高层次的使命,高超认为要看能否为某一行业创造颠覆性的发展,如芯片、发动机、碳纤维等这些我们国家发展比较落后的领域,作为科研人员,能不能使现状发生颠覆?如果我们的研究成果能在这些领域实现突破,真正与国家发展的需求结合起来,改变整个行业生态,这才是不负使命。

共勉之!

本文来自高分子科学前沿,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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