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军民融合深度发展,纳米碳材料潜力巨大

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  材料是人类进步的里程碑,社会进步的标志。3月11日,由苏州工业园区科技和信息化局主办的“科技创享汇”如期举行。此次活动特别邀请中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员吕卫帮博士为大家做纳米材料方面的精彩讲座。吕卫帮以“纳米碳材料:军民融合新材料”为题,详细介绍了碳材料及纳米碳材料,就富勒烯 、碳纳米管、石墨烯的不同特性逐一概述。

  吕卫帮是中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员,博士生导师,先进纳米复合材料创新中心创建人、主任,长期从事纳米碳材料连续体制备及其复合材料应用开发,在国际学术期刊上发表论文70余篇,申请发明专利10余项,2013年入选中科院百人计划,2016年入选江苏省创新创业人才计划,2018年入选江苏省333高层次人才计划。近年来,吕卫帮与中国商飞、欧洲空客等国内外知名企业建立了合作关系,并与欧洲空客共建“航空纳米材料联合实验室”,致力于先进纳米碳材料在航空领域的应用开发。
  被誉为“强度最高的纤维”的碳纳米管,是吕卫帮介绍的重点。碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体,一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。这是一种新型的“超级材料”,它的强度可以达到钢材的10~100倍,而密度仅仅是钢材的六分之一。

  此外,吕卫帮就碳纳米管制备方法、碳纳米管宏量制备、碳纳米管粉体、取向碳纳米管、高强超细碳纳米管纤维导线、超取向碳纳米管薄膜、碳纳米管薄膜CVD法连续制备、碳纳米管纤维CVD法连续制备等方面也展开更深层次的剖析。吕卫帮指出,碳纳米管有望成为硅的替代材料,让未来的手机、电脑外形更小、功能更强大。
  纳米材料的尺寸较小,具有常规散装材料无法比拟的性能,包括高强度重量比(即强度高但重量轻)以及卓越的电气连接性。特别是石墨烯——已经显示出作为各种工业材料替代品的巨大潜力。
  石墨烯是有史以来测得的最强的材料。它具有优异的强度重量比,导电性能接近超导体的性能,几乎是透明的。从航空航天到半导体到运动器材,各个行业都在研究如何使用石墨烯来提高性能。
  石墨烯和碳纳米管目前还难以从实验室转移到大规模生产,并发挥其独特的材料特性。吕卫帮指出,我国纳米碳研究非常热闹,但尚缺杀手锏应用核心技术。
  例如,石墨烯比硅或铜的导电性更好。石墨烯的特性使其有可能取代基于硅的计算机芯片,并改善日常电子产品。但是有一个问题——石墨烯是一种“无缝隙”的半导体,这意味着电流在材料中的流动无法停止。计算机芯片制造商不得不向石墨烯引入“带隙”,这使得用户可以通过停止电子流动来关闭器件。这一过程的困难是商业化的关键障碍。
  针对当前这一困境,吕卫帮认为,“跨过低谷,纳米碳时代已经来临;继续坚持,纳米碳未来可期。”他指出,纳米碳材料作为一种非常有潜力的高性能、多功能材料,仍有大量的关键科学和技术问题需要突破,亟须相关行业共同参与,密切合作,方能实现其颠覆性的产业化应用。
  作为助推园区科技创新发展的一线实践者,园区科信局每周都会进行这样的业务“充电”。自2016年起,科信局每周开展一场“科技创享汇”活动,鼓励科技条线全体员工主动学习,“不断掌握新知识新技能,做到在创新发展中不落伍不掉队”,扎实践行《园区工作人员行为导则》。


编辑 吕依
2019年3月15日