陈成猛:石墨烯的守望者 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏

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陈成猛:石墨烯的守望者 | “35岁以下科技创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2018-04-24

2018-04-24

石墨烯是全新的领域,国内外都没有可供借鉴的工程化案例,所有的工艺和装备都必须自己摸索。
35岁以下科技创新35人
石墨烯是全新的领域,国内外都没有可供借鉴的工程化案例,所有的工艺和装备都必须自己摸索。

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。

2017 年,该全球权威榜单正式推出中国区评选,并已公布并首届评选结果。现在,《麻省理工科技评论》正式开设“35岁以下创新35人”中国榜单专栏,以人物报道的形式帮助中文读者了解这些来自中国的新生代科技力量。

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陈成猛·发明家

石墨烯的守望者

获奖年份:2017年

年龄:32 岁

职位:中国科学院山西煤炭化学研究所 副研究员

获奖事由:坚守石墨烯研究十余载,突破高品质石墨烯规模化制备技术,通过产学研合作走自主创新之路,打通石墨烯从原料、材料、器件到应用的创新链。

神奇材料石墨烯只有一层原子厚,是炭材料的基本结构单元。由于其十分良好的力学、导电、导热和光学特性,在电子信息、航空航天、储能和环保等领域都有巨大应用潜力。2004年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出石墨烯,在科学界引起轰动,二人也因石墨烯方面的开创性研究于2010年获得诺贝尔物理学奖。自此,石墨烯及相关应用的研究迎来了井喷。我国的石墨烯研究始于2006年左右,那时石墨烯还只是材料人眼中的海市蜃楼,虽然看上去很美好,但无论从理论、制备还是应用来看,石墨烯研究都仅仅是初级阶段,还未披上诺奖光环的石墨烯在国内其实并不受重视。

从2007年起,陈成猛在碳素领域前辈王茂章研究员指导下,在中国科学院山西煤炭化学研究所以硕士课题为起点开始研究石墨烯,2009年开始攻读博士并于2011年赴德国马普协会弗里茨哈伯研究所学习。2012年,陈成猛学成归国,顺利通过博士毕业答辩,并在27岁时被破格提拔为课题组长,创下了煤化所的历史纪录。自此,风华正茂的陈成猛受命组建709课题组(石墨烯与新能源材料研究组),开展石墨烯的基础科学研究、合成与应用技术开发。作为我国石墨烯首批研究者之一,他亲历了石墨烯从实验室到产业化、从样品到产品、从制备到应用的蜕变,也见证了国内石墨烯研究和行业发展的历程。

2010年前,由于没有规模化生产,市场上石墨烯多源自实验室合成,每克粉体价格高达3000多元。性能虽十分诱人,但高昂的价格让大多下游用户望而却步。因此,在课题组成立之初,陈成猛选择了石墨烯制备作为主攻方向,这是石墨烯研究和产业发展的起点,也是制约石墨烯应用的瓶颈环节。石墨烯是结构精细的二维纳米材料,如何在可控的成本内制备高质量石墨烯材料难度很大,陈成猛选择了经典的氧化还原法,这是一种先将石墨氧化插层合成氧化石墨中间体,再热还原制石墨烯的方法。该方法简单易行且原材料广,与化工单元操作和粉体过程十分匹配,具备进一步放大的可行性。

然而石墨烯是全新的领域,国内外都没有可供借鉴的工程化案例,所有的工艺和装备都必须自己摸索。在陈成猛的带领下,团队与晋能集团合作,突破了石墨烯制备工程化技术,解决了中间体分离纯化和连续膨化炭化等多个工艺和装备难题。2014年底,吨级石墨烯中试线在太原投产,一举将石墨烯的生产成本从每克500元降至20元。材料终于出来了,而另一个挑战又摆在面前,那就是怎么去用?因为对于石墨烯这种新材料,其应用尚不成熟,市场也亟待培育。因此,他们不仅要供给用户一流的材料,还要提供配套的应用解决方案。于是,陈成猛的709课题组与山西三维合作,打造了新型储能器件中试平台,通过系统集成打通了石墨烯从原料、材料、器件到应用的创新链,组装了新型的石墨烯增强超级电容单体和模组,仅添加2wt%的石墨烯,就将储能能量和功率密度分别提升了30%和40%。

石墨烯在学术界的热潮依然高涨,诺奖加身更令其光芒闪耀。而历经十余年间我国科学家的奋斗,我国在石墨烯上的研究已位列世界先进水平,论文发表数量居世界首位。但是,石墨烯研究与应用之间依然存在着断层,也面临“文章一大片,材料看不见”的窘境。而作为我国石墨烯科研国家队的领军人物之一,陈成猛特别注重材料的应用基础研究。他认为,石墨烯应用存在“木桶效应”,我们不能只看材料特性的长板,更应关注那些制约商业化应用的短板。只有立足实际应用,通过技术创新打通产业与市场的通路,实现产业落地,才能真正让石墨烯服务于中国和世界。

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