面向应用的石墨烯纤维——高性能化及规模化制备

  • 博士生组 票数:573
  • 姓       名:刘英军
  • 导       师:高超
  • 成果类别:论文著作类
  • 院系(学园):高分子科学与工程学系
团队介绍

        本团队负责人为高超教授,国家杰出青年基金获得者,入选国家万人计划。团队在石墨烯宏观材料领域优势突出,特色鲜明,已在Chem. Rev.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等发表论文150余篇,总引用9400余次,授权发明专利30余项。研究成果入多次被Nature News等亮点评论,获得吉尼斯世界纪录认证,入选两院院士评选中国十大科技进展新闻等。

团队照片

科研心得

我是2014年考入浙江大学高分子系攻读博士学位,很幸运能为高超教授课题组的一员。在我入学之前,高老师已经获得了国家杰出青年基金,团队研究硕果累累,媒体报道广泛,可以毫不夸张的说高老师是浙江大学的明星教授。当然高老师也是我的偶像,能成为偶像的学生,也算是对自己考博过程锲而不舍努力奋斗的一个肯定。

入学之初,高老师给我的课题是高强度水凝胶,这个方向我很感兴趣,因为硕士阶段我看过很多这方面的文献。课题开展初期,首先是模仿重复高水平文章的实验。然而,知之非难,行之不易。几经失败,我才慢慢弄清楚了水凝胶制备过程的关键要素。后来发现其实这些关键点在高分子化学书上都是基础知识点,只是我没有将所学知识应用到自己的实际操作过程中。这一点对我影响很大,所以在研究其他课题时,我都会仔细思考,将所学知识与实验相结合。

后来,我又跟随大师兄做石墨烯纤维方面的研究。大师兄是石墨烯纤维的开创者,在石墨烯纤维领域做出了系统性的研究工作,发表了数十篇高水平论文,可以说研究经验颇丰。在跟随大师兄做纤维的过程中,我深刻的体会到“冰冻三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功”这句古话的含义。多少次,凌晨两点到三点,大师兄还在实验室,或认真做实验,或修改论文,亦或是研读文献,这着实令我钦佩。这个世界上远比我优秀的人还在努力,我还有什么资格不去奋斗?正是大师兄的感染下,我更加鞭策自己,不能懈怠。同时也从文献管理、笔记、阅读、思维拓展、实验技巧等方方面面向优秀的师兄师姐们学习,使自己全面进步。

广泛阅读优秀的文献,开阔学术视野,对于快速掌握一个研究领域的来龙去脉、及时跟进研究前沿十分重要。然而如何学习文献中思维方法或者精巧的实验设计,并消化成为自己的营养,用于自己的研究体系,这还是要建立在多思考的基础上,不断提出新的构想,使思维具有连贯性,保持活跃的态势。

一粥一饭,当思来之不易;半丝半缕,恒念物力维艰。常怀感恩之心,我十分珍惜在浙大读书的每一天,十分珍惜学校给我们提供的优越平台,十分珍惜导师以及往届师兄师姐们争取到的充足的科研条件以及他们所创造的宽松自由的学术氛围。

除了奋斗,别无选择,我坚信美好的东西一定是经过奋斗得来的。正如汪国真先生所言,既然选择了远方,便只顾风雨兼程就好,既然选择了风雨兼程,便只顾远方就好。

成果简介

浙大人自己的高强度高导石墨烯纤维


        石墨烯纤维是由石墨烯沿着轴向有序堆积排列而成的连续组装材料,是由浙江大学高超教授团队首次提出并率先制备的高性能多功能新型碳质纤维。石墨烯纤维已在轻质导线、太阳能电池、传感器等方面展示了广阔的前景,并发展成为一个全新的学术研究方向。然而目前石墨烯纤维单丝制备规模较小、力学强度和导电性能不佳,严重限制了石墨烯纤维的应用与发展。因此展宏量化制备技术,推动石墨烯纤维从实验室水平走向工程化制备,提高石墨烯纤维的力学强度和导电性能,已经成为石墨烯纤维研究领域的核心问题

本项目首次提出多尺度结构缺陷协同控制策略,成功地实现了高性能石墨烯纤维的规模化制备。通过全局调控多级结构缺陷,使石墨烯纤维在力学性能上迈入高强高模纤维系列。同时其导电率是传统聚丙烯腈基碳纤维的十倍,并且具有高于铜的熔断电流密度,代表了目前石墨烯纤维最高的性能水平。

提出“化学掺杂”策略,首次将石墨烯纤维的导电率提升到金属量级。这一优异性能使石墨烯纤维在轻质导线、电动马达、信号传输、电磁屏蔽等领域有巨大的应用价值。

自主设计并搭建了石墨烯纤维束丝示范型生产线,首次将实验室单丝制备水平推进到 100 束丝的连续制备水平,为石墨烯纤维的工程化发展提供了宝贵的经验。

研究成果接连发表在材料类国际顶级期刊Advanced Materials(IF:18.89;2016, 28, 7941;2016,28,6449),Advanced Science News、Design for Science等国际著名材料化学资讯平台积极评价,同时被中国科学报、中国科学网、中国教育部网、中国聚合物网、高分子科技等十多家科技媒体广泛报道,入选“高分子科学前沿2016年度十大进展”,并获得军方高度重视,多次来考察研究进展情况。

领导参观考察