▲高浓度石墨烯浆料。▲科研职员正在做石墨烯提纯跟加工。■本报记者 李晨 练习生 李蓉对中北年夜学资料迷信与工程学院教学孙友情而言，科研的路上不什么“弗成以”。为了失掉足量高品德石墨烯，做了14年卑鄙产物研发的孙友情能够亲身上阵，重新开端制备原资料；为了到达中试级其余量产，他能够本人着手攒出产装备，被“炸”得灰头土脸也无所谓；为了搞明白本人这套方式背地的分子机制，他能够寰球广撒“好汉帖”，寻觅配合搭档。这时期，孙友情没想差错败，最后他干成了。他率领团队开辟出一种低本钱、绿色环保、高产率、高品德石墨烯宏量制备方式。克日，这一结果在线宣布于《天然-通信》。对中北年夜学这所中部高校来说，这是第二次以第一单元在《天然》子刊上宣布论文。结缘石墨烯孙友情与石墨烯结缘，能够追溯至14年前。2010年，诺贝尔物理学奖授予了英国曼彻斯特年夜学的两位迷信家，以表扬他们在石墨烯资料方面的出色研讨。这个由单层碳原子形成的二维资料，因其奇特的物理跟化学机能，被誉为21世纪最巨大的资料之一。2011年，孙友情正在北京年夜学做博士后研讨。一位西班牙资料学家跟孙友情博士前期间的领导教师都提到，石墨烯研讨将在迷信界“弹冠相庆”，备受注视，将来还将在工业界庸庸碌碌。事先海内科研团队蠢蠢欲动，纷纭投身石墨烯研讨范畴。在领导教师的支撑下，孙友情与石墨烯今后结缘。14年来，孙友情重要从事石墨烯的工业化研讨。石墨烯也确切从“象牙塔”的试验室里“火”到了各路网店，成为人们生涯里的“黑科技”用品。但是，孙友情要研发的是新技巧范畴中利用更前沿的产物，在从试验室迈向工业化的途径上他一直“遇冷”。“制备是石墨烯工业化利用中难啃的‘硬骨头’之一。”孙友情说。孙友情是在现实的工业链条中发明这一成绩的。他的研讨聚焦于功效复合资料，石墨烯是其研讨系统中的主要原资料之一。2014年，他发明，海内能实现石墨烯批量化出产的企业寥若晨星，产物品德达标的更是百里挑一。从市场上购得的石墨烯，无论是资料稳固性仍是品德上，都无奈满意他们的试验请求。事先的制备方式要么本钱过高，要么稳固性缺乏。传统化学方式经由过程强酸跟强氧化试剂制得氧化石墨，再应用超声波剥离失掉氧化石墨烯，但此方式传染年夜、工艺庞杂、周期长，批次出产稳固性也差；物理方式则依附机器外力制备石墨烯，存在转化率低、出产效力缺乏等成绩。孙友情说，企业出产的商用石墨烯品德难以满意试验室跟利用场景的需要，而一些试验室制备的石墨烯固然能满意开辟新产物的需要，但产量极为无限，一次只能失掉多少克石墨烯，远远无奈满意将来市场的年夜范围需要。不稳固的优质质料供给，石墨烯的工业化利用就是海市蜃楼。面临这一窘境，孙友情决议本人着手，开辟石墨烯制备的新方式。本人着手获胜利从利用角度动身，石墨烯的制备面对着一个“均衡”的困难。除了石墨烯自身的品德，出产制备还须要斟酌工艺的可操纵性、价钱本钱要素，以及方式能否环保等成绩。现有的制备方式难以处理石墨烯各方面要素的均衡成绩。这象征着孙友情团队不得不摸索一种全新的制备方式，但这一进程既缺少直接的实践领导，也缺乏可复制的试验流程跟响应的装备仪器。不外，孙友情跟他的团队没少“折腾”。后来，论文作者、孙友情的先生申路严脑洞年夜开，实验鉴戒制造可乐的方式制备石墨烯——应用大批气泡一点点分别石墨烯。孙友情很高兴，由于这种方式十分新鲜，也确切从气泡平分离出一些物资。但他们终极发明，应用这个方式分别出来的并不是石墨烯，而是相似的石墨物资。固然实验并未完整胜利，但“可乐法”为团队后续的试验偏向供给了新思绪，也让他们有了胜利的信念。受此启示，孙友情团队研制出一种气泡帮助—机器液相剥离法的制备方式。他们把胶体的化学体积排挤感化与二维纳米资料的剥离方式奇妙联合起来，补充了传统机器方式跟化学方式的缺乏。新方式有了，为了到达量产目的，还缺乏与之婚配的制备装备。市道上买不到现成装备，孙友情团队只能本人着手造。后来，他们自行计划的安装在装备把持跟试验剂量把控上难度较年夜，安装的可控性也不睬想。新装备第一次启动，孙友情没指望能一次胜利，却也没推测在试验中，大批气体挟带着玄色粉体凝胶猛地从排压孔喷涌而出，弄得他跟先生们浑身都是，一个个“灰头土脸”。“固然先生们一点牢骚也不，可我仍是有点担忧，这些粉末胶体看似不伤害性，但试验保险不容小觑。”尔后，每次停止装备试验，孙友情都要在现场。经由一次次调试，这种不修边幅的情形终于根绝了。团队终极摸索出完全的制备流程，不只产率高于94%，年产量也到达吨级，濒临于产业化量产程度，还兼具低本钱、绿色环保跟高品德等特色。翻越“三座年夜山”试验胜利后，孙友情又迎来新的挑衅。在论文通信作者、澳年夜利亚墨尔本年夜学教学李丹的启示下，他认识到，想让试验成果成为一项谨严的科研结果，还须要弥补具体的机理阐释跟无力的证实。但是，试验中的一些成果很难仅用试验景象来说明跟论证：“在试验进程中，浓硫酸跟碳酸氢钠不产生反映。但从实践角度说，这一进程是应当产生反映的。假如相干道理说明不明白，咱们的制备方式就难以在学术界取得承认。”同时，试验的微不雅机理也须要盘算机技巧的帮助证实。然而，盘算试验是孙友情团队不善于的范畴。为了霸占这一困难，孙友情想尽了种种措施。他先向海内相干范畴专家逐一告急，但播种甚微。孙友情与相干范畴的国际专家联系并未几，无法之下，他只能采取一种“笨措施”：在Web of Science等寰球科研网站上，逐一搜寻相干研讨，一篇篇阅读，寻觅能够鉴戒的思绪跟相干学者的接洽方法，再逐个发送邮件征询。十多少封邮件杳无音信之后，孙友情终于盼来了好新闻。韩国东亚年夜学教学Heon Sang Lee表现乐意参加这项研讨。多少封邮件往来后，两边断定了配合关联。在Lee的辅助下，他们实现了该制备方式的盘算机模仿展现，提醒了其道理跟机制，为翻越石墨烯绿色量产制备这座“年夜山”奠基了基本。“石墨烯的工业化面对着制备、疏散跟利用‘三座年夜山’。”孙友情盼望本人的研讨能够抛砖引玉，推进学术界以工业成绩为导向，发展更多相干研讨。石墨烯的工业化途径还很长，啃下制备这块“硬骨头”只是第一步，他还会持续尽力翻越石墨烯工业化进程中的“年夜山”。相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55131-y