10月14日至17日,第十五届全国新型炭材料学术研讨会在深圳举行。会上,湖南大学材料科学与工程学院刘洪波教授被授予“第十七届中国炭素杰出成就奖”,以表彰其在炭材料领域所作的杰出贡献。“中国炭素杰出成就奖”是我国炭材料领域的最高学术奖励之一,旨在奖励长期在炭素领域工作并为我国炭材料发展做出杰出贡献的优秀科学家、教授和工程技术专家。该奖两年颁发一次,年均一人获奖。
我在湖南郴州一个石墨矿里长大,从小就跟天然石墨打交道,大学读了炭素材料专业之后也一直从事这个行业。当时的炭素材料专业是一个很冷门很小的专业,我们读书的那个年代科研气氛还不是很浓,那个时候主要以培养人为主。我大学毕业后,又在同一个学校攻读了硕士、博士学位,一直从事碳材料领域的研究。前期是做石墨层间化合物,博士期间做了一些碳纤维石墨化方面的研究,独立工作以后开始关注等静压石墨和石墨负极材料。
为什么我会选择这两个方向?因为我们学校培养了很多的碳素专业的学生,国内炭素企业里的主要技术力量基本上都是我们学校培养的,由于与企业的交流特别多,所以在传统碳材料领域中,我选择了细结构等静压石墨。它是按照传统工艺来生产的,但力学性能是传统碳材料中最好的,而且也适合在学校里做。因为实验室的小样品也具有代表性,做出来的结果可以指导生产,而且等静压石墨的用途特别广。目前来讲,国内等静压石墨跟国外还有一定的差距,所以我们现在还在努力提高产品性能。石墨负极是我博士毕业后开始的研究方向,最初做的是与此相近的超级电容活性炭,到现在一直做了有二十几年,有些产品已经形成了商业化生产。
限电的原因之一是近年来国内石墨电极和石墨负极的生产规模增长过快,而现有技术和装备下的石墨化电耗太高。为了降低电耗成本,国内石墨电极和石墨负极生产企业集中选择在电价较低的地区进行石墨化处理,对相关地区的碳排放造成很大的压力。我认为限电是个好事,不仅对石墨电极和石墨负极的盲目扩张起到了很好的抑制作用,而且有利于石墨化技术的进步。因为电价是国家宏观调控的很重要的因素,通过限电促使电价逐渐趋于相对平衡,使大家处在一个合理的水平上竞争,反而更有利于技术的进步。我现在做的一个很重要的工作,就是与企业合作开发连续石墨化技术与装备。采用连续石墨化可以大幅降低电耗成本,在电价较高的地区也可以生产,因为综合成本可能更低。
我觉得行业变革比较大的是碳纤维,我们国家大概最早从60年代开始研究碳纤维,70年代开始国家立项,但是几十年下来碳纤维的性能和产量一直上不去。在计划经济那个年代,原材料、纺丝在不同企业完成,我们碳素企业只做后面的热处理,相互之间虽有联系但信息反馈滞后。而现在从原料的合成一直到纺丝、后续热处理全部在一家企业完成,可以把不同知识背景的技术力量集中到一起来攻关,便于协调和统筹。七八十年代的时候日本的碳纤维已经做得很好了,我们跟它相比差距很大,最近十几年我们不能说完全赶上它,但至少我们提高很快,这是我们行业里面一个大的变革。
在新型碳材料中,我觉得碳纳米管、石墨烯的发展开拓了人们的眼界,特别是碳纳米管。碳纳米管刚出现的时候,很多人不了解纳米的概念,因为那个时候的研究大多停留在微米尺度上。碳纳米管出现后,人们开始关注纳米材料的研究了,因此碳纳米管的出现对于推动碳材料和其他的相关纳米材料发展起到很重要的作用。当然我自己的研究工作也随着进入到碳纳米材料领域,包括碳纳米管以及后来出现的石墨烯,但是我的研究工作更多地关注应用方面,主要做一些应用技术研究。近年来的“唯论文”确实给应用技术研究造成了一些负面影响,因为很多研究生都不愿意从事不好发论文的应用技术研究工作。实际上,高水平的论文要有人发,应用技术研究也要有人做,不能够什么都“全民皆兵”。每个人都应该根据自己的特点,选择做基础研究或是应用技术开发,发挥自己的优势,在自己从事的方向上努力取得成绩,就能够推动行业的进步。顺便说一句,我们还要响应国家的号召把论文写在祖国的大地上,支持国产优秀期刊。像我们的新型炭材料杂志,就办得很有水平。
《新型炭材料》作为一份老牌优秀期刊,我们是伴随着它一起成长起来的,早期是油印本,再之前主要翻译国外的文章。《新型炭材料》发展到现在,中科院山西煤化所对期刊倾注了很大的心力。期刊目前选登的文章非常好,印刷质量也非常高,在国内期刊中的影响力非常大,特别是在材料类期刊中一直名列前茅,当然这也取决于我们碳材料的快速发展。期刊很早就开始组织学术会议,把全国与碳素相关的人员都凝聚起来,既促进了期刊的发展,也促进了这个行业的相互交流和融合。
我长期担任编委,感觉这个期刊审稿非常严格,编委都非常热心非常敬业。我们都希望把期刊做好,自己也跟着期刊一起成长一起进步。
我觉得碳材料最大的魅力就在于它是处于不断发展中的,不断有新的结构或产品出来,让人眼前一亮。碳材料最大的特点是其结构多样性,不同的结构会有不同的性能。比如多孔碳对于二氧化碳的吸收有很大的作用;碳材料中的一些缺陷以及与其他材料构成的异质结在二氧化碳催化转化中起到非常重要的作用。从这个角度来说碳材料在助力碳中和的过程中,应该会成为一个主力军。
首先,我们在碳材料领域的前沿研究已经走在了世界前列,但是与发达国家相比,在关键基础材料的研究方面还有一点差距。性能可能就差那么一点,但就是很难突破,主要原因就在于现在绝大多数的传统炭素企业都缺乏自己的研发机构,而高校对这些石墨新材料的关注度又不够。我经常对炭素企业的领导说,企业一定要建立自己的研发队伍,同时加大研发投入,如果队伍不足,可以与高校联合一起来做研发。而且不要一窝蜂地追热点,我们有那么多从事炭石墨材料生产的企业,可以差异化配置资源,协同攻关,共同推动发展。政府应该要引导一下,因为有些技术确实成了对我国“卡脖子”的问题,而我们的企业应该关注人才、培养人才来解决这些“卡脖子”的难题。此外我们目前在石墨新材料领域的前沿研究仍然缺乏有影响力的原始创新的研究工作,应该沉下心来,不受外界多种因素的影响,真正做出一些原创性的有较大影响力的成果,去引领石墨新材料未来的发展。
文:陈丽娜,吴海茵;
图:张文斌