7月29日,為期5天的2011年世界碳科學(xué)大會(huì)在華東理工大學(xué)落下帷幕。這是繼2002年我國(guó)首次舉辦世界碳科學(xué)大會(huì)后,時(shí)隔九年,這一全球碳科學(xué)研究領(lǐng)域的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議再次來(lái)到中國(guó)。
據(jù)了解,這是歷屆大會(huì)中參加國(guó)家最廣、參會(huì)者最多、影響力最大的一次盛會(huì)。幾乎所有國(guó)家碳素學(xué)會(huì)主席和國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者云集一堂,圍繞石墨烯、納米材料、復(fù)合材料、低碳環(huán)保、食品安全和新能源材料等研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)深入交流。
與此相呼應(yīng)的是,進(jìn)入新千年以來(lái),全球碳科學(xué)領(lǐng)域風(fēng)生水起,我國(guó)炭材料事業(yè)也獲得了迅猛發(fā)展。人類正廣泛利用碳的奇妙性能,拓展無(wú)可限量的前景。有專家預(yù)言,19世紀(jì)是鐵器時(shí)代,20世紀(jì)是硅的時(shí)代,21世紀(jì)極有可能是碳的時(shí)代!
古老而不斷創(chuàng)新的炭材料
從上世紀(jì)八十年代的富勒烯的發(fā)現(xiàn),到隨后的一維納米碳管,再到2010年二維石墨烯的分離、認(rèn)定和分類,短短30年間,炭材料兩奪諾貝爾獎(jiǎng),由此掀起了世界范圍內(nèi)的炭材料研究和發(fā)展浪潮。
就在2011年世界碳會(huì)召開(kāi)前日,“石墨烯之父”英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫宣布了又一個(gè)激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)――在“神奇材料”石墨烯中,電子能像光子那樣高速運(yùn)動(dòng),其速度是在硅中的數(shù)十倍。
這是石墨烯邁向?qū)嶋H應(yīng)用的“巨大躍進(jìn)”。很多人認(rèn)為,石墨烯這種迄今最薄、同時(shí)也是最堅(jiān)硬的材料,可能將取代硅成為未來(lái)的電子元件材料,在超級(jí)計(jì)算機(jī)、觸摸屏和光子傳感器等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。
或許沒(méi)有一種元素像碳這般神奇――作為單一的元素,卻可以形成許許多多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。最硬和最軟,全吸光和全透光,絕緣體和導(dǎo)體……完全對(duì)立的性質(zhì)都在它的身上自然統(tǒng)一。
大會(huì)主席之一、華東理工大學(xué)特聘教授凌立成告訴記者,早在遠(yuǎn)古時(shí)代,人類就已經(jīng)開(kāi)始制備和利用炭材料。2000多年前,我國(guó)就知道木炭具有吸附防腐的功效。炭材料在幾千年中華文明史中發(fā)揮了重要作用,如墨汁的使用,鑄鐵里石墨的形態(tài)控制等。然而,直到公元18世紀(jì),人們才逐漸認(rèn)識(shí)到,碳是一種元素,開(kāi)始有意識(shí)地創(chuàng)造和制備炭材料。
進(jìn)入20世紀(jì),世界范圍內(nèi)工業(yè)和軍事的發(fā)展,使炭材料得到快速發(fā)展,如鋼鐵冶煉中使用耐火材料和石墨電極,橡膠輪胎中添加炭黑材料,防毒面具中使用活性炭,特別是上世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來(lái)的碳纖維、金剛石薄膜、核石墨等,使炭材料在世界范圍內(nèi)成為一門(mén)重要學(xué)科。
“炭材料作為一門(mén)古老又不斷創(chuàng)新的科學(xué),一直在提高、改善人民的生活質(zhì)量中發(fā)揮著重要作用。”凌立成認(rèn)為,鑒于碳的性能獨(dú)特、形態(tài)眾多、資源豐足,不銹不蝕、易于回收循環(huán)和轉(zhuǎn)化等特點(diǎn),今后其開(kāi)發(fā)速度必將加快,新型炭材料將更為成熟。
“碳讓生活更美好”
從航天航空到國(guó)防軍工,從鋼鐵工業(yè)到建筑工業(yè),從核工業(yè)到新能源,從環(huán)境修復(fù)到醫(yī)療保健、食品安全……2011年世界碳科學(xué)大會(huì)上,除了碳科學(xué)最新理論,各種核心炭材料技術(shù)與應(yīng)用型研究成果也集中亮相。
這也正是對(duì)本次大會(huì)的主題――“碳讓生活更美好”的詮釋。凌立成說(shuō),碳科學(xué)已不再神秘,它正一步步走進(jìn)尋常百姓家,走到我們身邊。
亮相上海世博園區(qū)的世博超級(jí)電容車(chē),新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)使用的鋰電子電池,都離不開(kāi)炭材料的大顯神通;波音787機(jī)體結(jié)構(gòu)的50%都使用更輕、更堅(jiān)固的碳纖維合成材料,我國(guó)自主研發(fā)的商飛C919未來(lái)將進(jìn)一步將碳纖維復(fù)合材料的比例提高到40%……
核石墨,因具有各向同性、耐輻射損傷、價(jià)格低廉等特性,成為核生產(chǎn)堆、氣冷堆和高溫氣冷堆的關(guān)鍵材料。今年初爆發(fā)的福島核電站危機(jī)令世界對(duì)于核輻射格外關(guān)注,而在核反應(yīng)堆的外圍用以阻止核輻射的裝置,炭材料亦有用武之地;建筑工業(yè)方面,可以使用碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu),不需要增加螺栓和鉚釘,施工工藝更加簡(jiǎn)便……
與會(huì)專家表示,新型炭材料正在替代金屬等材料滿足環(huán)境、安全和能源的要求,需求量呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。來(lái)自德國(guó)碳復(fù)合材料管理委員會(huì)的休伯特?亨特在會(huì)上展示了碳的廣闊未來(lái)。他認(rèn)為,學(xué)術(shù)和工業(yè)的密切合作是未來(lái)炭材料取得成功的先決條件。傳統(tǒng)材料的市場(chǎng)依然在增長(zhǎng),它們創(chuàng)造的利潤(rùn)為新型炭材料的發(fā)展提供了經(jīng)濟(jì)后盾。新興碳工業(yè)將展現(xiàn)出更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
中科院山西煤化所首席研究員呂春祥認(rèn)為,經(jīng)過(guò)近十年的快速發(fā)展,我國(guó)的碳科學(xué)取得了很大進(jìn)步,焦炭、活性炭等技術(shù)比較成熟,碳納米管和石墨烯的研究正逐步逼近國(guó)際水平,但在碳纖維等領(lǐng)域和世界先進(jìn)水平相比仍有較大差距,希望越來(lái)越多的年青一代投身碳科學(xué)研究,讓古老而神奇的炭材料展現(xiàn)出更大的魅力。
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