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“名师引领”通识课:刘忠范讲授神奇的“新材料之王”石墨烯
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2022-05-25 10:18

  南开新闻网讯(记者 付坤)5月21日,南开大学“名师引领”通识选修课“材料科学机遇与挑战”迎来第十讲,中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长、北京大学博雅讲席教授刘忠范为南开学子带来题为“古树新枝,继往开来的石墨烯材料”的精彩授课。

  

刘忠范院士正在给南开大学本科生上通识课

  刘忠范院士首先带领大家回顾了碳材料的发展史,从远古到现在,碳材料一直伴随着人类文明的脚步而不断发展,从石墨产业到炭黑、活性炭产业,再到金刚石产业、碳纤维产业,碳家族是新兴产业的摇篮。

  那么,下一个新兴产业是什么?刘忠范院士认为是石墨烯产业。“石墨烯应该是古老碳材料产业中的新星。”他说,石墨烯被称为“新材料之王”,其优点广为人知。刘忠范院士用四个之“最”总结石墨烯的优点:“最薄、最轻”——它只有一个原子层的厚度;“最强、最坚硬”——比钢强韧200倍;“导电性最好”——电子迁移率是硅材料的100倍;“导热性最好”——是金属铜的10倍。

  刘忠范院士从石墨烯的概念和结构讲起,介绍了石墨烯在电子信息、光通信、能源、生物医药、节能环保、航空航天、国防军工等领域广阔的应用前景,他说:“石墨烯有太多的可能性,它正逐渐地走进人类的生活。”刘忠范院士讲述了石墨烯的分类与制备方法,并着重阐明了石墨烯新材料产业发展的挑战和现状。他说,低成本规模化制备技术,低成本批量剥离转移技术,单层基元材料到实用宏观材料的过渡和性能传递方法,复合基体材料中的分散技术,不可替代的杀手锏级应用等等,都是石墨烯产业化之路面临的挑战。

  结合自己团队在石墨烯材料制备方法和技术突破应用上的持续探索,刘忠范院士认为,石墨烯是由制备决定未来的产业,但当前石墨烯材料的研发现状与理想还相差甚远。理想的石墨烯薄膜是完美的二维单晶,而现实常是由单晶碎片堆积起来的富含缺陷的多晶薄膜,就像一件缝补起来的破衣服。“所以,作为一种新型材料,石墨烯材料的发展现状是理想很丰满,现实很骨感。”刘忠范院士风趣地说。

  “发展石墨烯产业绝非一朝一夕的事情,需要国家意志、产学研协同创新和长期不懈的努力。”刘忠范院士提出,“只有把石墨烯材料做到极致才能有望形成真正的产业,而这就需要真正的工匠精神和匠人,让更多的心躁动起来想做事,让更多的人安静下来能做事,从而去填补从理想到现实的巨大鸿沟。”

  课上,刘忠范院士通过一些有趣事例,启发同学们对科学的兴趣。他提到,作为有可能带来颠覆性材料革命的新材料之王,石墨烯竟然是“用胶带撕出来的”。2004年,英国物理学家安德烈·海姆和他的学生用一片胶带去粘另一片胶带上的石墨,再撕下来就可以让石墨片变薄,最终剥离出石墨烯,证实它可以单独存在,两人因此共同获得诺贝尔物理学奖。刘忠范院士说,其实,根据早期的相关理论,石墨烯是不能稳定存在的。“但是,理论上不存在的东西,物理学家们努力去做,而且最后做出来了,这说明对科学研究来说,需要强烈的好奇心和探索的勇气,不要人云亦云。”刘忠范院士说。

  刘忠范院士还为大家讲述了自己留学时代的故事,他说,当初因为研究的需要,经常会用胶带撕石墨。“我撕完就扔掉了,人家拿着它接着撕,最后就拿诺奖了。”通过自己的这个故事,刘忠范院士告诉同学们,做研究需要一根筋,但是也不能完全一根筋,有的时候,换个思路,换个角度,就会出现意想不到的突破。

  在授课最后,刘忠范院士说:“不能只关注现在,否则你会丢掉未来,石墨烯产业尤其如此。而对于做这方面工作的团队来说,你也不能只关注未来,否则很难走到未来。”他还勉励同学们,永远不要给自己设置天花板,要超越自己,勇敢前行。

  南开大学材料科学与工程学院2020级本科生查理说:“刘院士的讲座深入浅出,不仅专业,而且趣味,让我不再局限于课本上片面的单层石墨的介绍,使我对石墨烯的学习研究有了更大的兴趣,也让我充分认识到了科研转化为实际应用的重要性,我要像刘院士说的那样,‘真正做点有用的东西,不是上书架就是上货架’。”

  听到刘忠范院士“永远不要给自己设置天花板”的勉励,南开大学材料科学与工程学院2019级硕士研究生刘超受到了很大启发,他说:“不是由于有些事情难以做到,我们才失去自信;而是由于失去自信,有些事情才难以做到。面对科研生涯中的种种困难,我要勇敢地迎上去。”

  “材料科学机遇与挑战”这门课是南开大学材料科学与工程学院于今年初开设的“名师引领”通识课,课程着眼新材料研究前沿,邀请材料科学领域院士名家,以通俗易懂的方式,向本科生讲授材料科学的新进展和前沿技术、材料科学发展机遇与挑战。

编辑:韦承金

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