7月29日,為期5天的2011年世界碳科學(xué)大會在華東理工大學(xué)落下帷幕。這是繼2002年我國首次舉辦世界碳科學(xué)大會后,時隔九年,這一全球碳科學(xué)研究領(lǐng)域的頂級學(xué)術(shù)會議再次來到中國。
據(jù)了解,這是歷屆大會中參加國家最廣、參會者最多、影響力最大的一次盛會。幾乎所有國家碳素學(xué)會主席和國內(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及發(fā)展趨勢深入交流。
與此相呼應(yīng)的是,進入新千年以來,全球碳科學(xué)領(lǐng)域風(fēng)生水起,我國炭材料事業(yè)也獲得了迅猛發(fā)展。人類正廣泛利用碳的奇妙性能,拓展無可限量的前景。有專家預(yù)言,19世紀(jì)是鐵器時代,20世紀(jì)是硅的時代,21世紀(jì)極有可能是碳的時代!
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,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年世界碳會召開前日,“石墨烯之父”英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫宣布了又一個激動人心的發(fā)現(xiàn)――在“神奇材料”石墨烯中,電子能像光子那樣高速運動,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”。很多人認(rèn)為,石墨烯這種迄今最薄、同時也是最堅硬的材料,可能將取代硅成為未來的電子元件材料,在超級計算機、觸摸屏和光子傳感器等多個領(lǐng)域“大顯身手”。
或許沒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……完全對立的性質(zhì)都在它的身上自然統(tǒng)一。
大會主席之一、華東理工大學(xué)特聘教授凌立成告訴記者,早在遠古時代,人類就已經(jīng)開始制備和利用炭材料。2000多年前,我國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)識到,碳是一種元素,開始有意識地創(chuàng)造和制備炭材料。
進入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)成為一門重要學(xué)科。
“炭材料作為一門古老又不斷創(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,今后其開發(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。
這也正是對本次大會的主題――“碳讓生活更美好”的詮釋。凌立成說,碳科學(xué)已不再神秘,它正一步步走進尋常百姓家,走到我們身邊。
亮相上海世博園區(qū)的世博超級電容車,新能源汽車動力系統(tǒng)使用的鋰電子電池,都離不開炭材料的大顯神通;波音787機體結(jié)構(gòu)的50%都使用更輕、更堅固的碳纖維合成材料,我國自主研發(fā)的商飛C919未來將進一步將碳纖維復(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)的福島核電站危機令世界對于核輻射格外關(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,施工工藝更加簡便……
與會專家表示,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。來自德國碳復(fù)合材料管理委員會的休伯特?亨特在會上展示了碳的廣闊未來。他認(rèn)為,學(xué)術(shù)和工業(yè)的密切合作是未來炭材料取得成功的先決條件。傳統(tǒng)材料的市場依然在增長,它們創(chuàng)造的利潤為新型炭材料的發(fā)展提供了經(jīng)濟后盾。新興碳工業(yè)將展現(xiàn)出更強的競爭力。
中科院山西煤化所首席研究員呂春祥認(rèn)為,經(jīng)過近十年的快速發(fā)展,我國的碳科學(xué)取得了很大進步,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際水平,但在碳纖維等領(lǐng)域和世界先進水平相比仍有較大差距,希望越來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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