IFGSZ人物访谈 北京航空航天大学教授程群峰谈石墨烯纳米复合材料广阔的应用空间

程群峰，北京航空航天大学化学学院，研究员，博士生导师。2008年于浙江大学获得博士学位，2010年正式加入北京航空航天大学。主要从事仿生高分子纳米复合材料的研究工作，取得了一系列研究进展，提出了仿生构筑高强、高韧纳米复合材料的普适性策略。在Nat. Mater., Nat. Commun., PNAS, Angew. Chem., Int. Ed., Adv. Mater.等期刊发表SCI论文80余篇，其中影响因子>10的论文35篇，论文引用4000余次，H因子35，授权中国专利20项，部分研究成果被Nature选为研究亮点报道、人民日报头版报道。自2018年3月-至今 担任国际材料领域Materials Science and Engineering-C 期刊编辑。2012年入选北京市“北京科技新星”与教育部“新世纪优秀人才”，2014年获第十四届霍英东基金资助，2015年获国家优秀青年基金资助，2016年入选教育部青年长江学者，2019年获北京市杰出青年基金资助。

邮箱：cheng@buaa.edu.cn

课题组主页：http://chengresearch.net/zh/home-cn/

石墨烯材料在航空领域表现优异

IFGSZ: 请您简单介绍一下您团队的研究方向

CQF: 我来自北京航空航天大学，团队主要研究仿生石墨烯纳米复合材料，主要策略是利用自然界获取仿生制备，即用纳米材料如石墨烯、纳米黏土、碳纳米管以及最近研究较热的二维纳米材料，通过仿生原理将其组装成力学性能、电学性能更加优异的宏观的薄膜材料。目前，团队较集中在基础研究中，如将纳米材料组装得更加规整，减少缺陷，使其力学性能和电学性能更加强大。团队未来的发展方向主要是应用在航空航天领域，尤其会花费更多精力在最近应用较多的蒙皮材料。事实上，采用纳米材料作为结构材料，如薄膜材料，具有一定的挑战性。但将其作为功能材料，尤其是蒙皮材料或电池防护方面，则具有其优势。因为纳米材料比较轻质高强，相比起传统的蒙皮材料或电子防护材料，它的性能与密度的比值更加优异，所以是未来减重材料的首选。

纳米复合材料仍存在发展困境

IFGSZ:主要有哪些策略可以提高纳米复合材料的力学、电学等综合性能？

CQF: 在研究过程中发现，纳米复合材料仍存在一些小问题，尤其是在组装纳米材料、到宏观的薄膜材料时会存在许多小缺陷，这些小缺陷在某种程度上会极大的影响其力学性能。举个例子，最近发表的工作中解决了许多小问题，如纳米材料之间的界面的应力传递的效率如何提高？如何能让纳米材料本身高强度、高导电的性能真正体现在宏观材料中？其中，界面非常重要。首先要保证纳米材料是一个物理连接，在研究物理连接时，只要观察微观结构，就会发现石墨烯片是有一定褶皱的，片与片之间并不是想象中的非常规整的层层排列结构，而是在里面存在一定的孔隙。这是因为在组装过程中，其中的应力不能完全释放出来，故形成孔隙。孔隙其实就是一个缺陷，导致很难把石墨烯纳米片本身的力学性能、电学性能提高上去。

石墨烯材料有效提升器件力学和电学性能

IFGSZ: 您课题组近年来的研究重点是什么？

CQF: 如何消除孔隙率，包括如何消除褶皱，是我们课题组十年来研究的重点。在这方面，最近也取得一些新进展，比如使用物理填充的办法，将孔隙填充，使薄膜更加密实，物理的搭接更加紧密。再加上其他化学交联的办法来提高其应力传递的效率，提高整体薄膜的性能。另外，也可将物理机械力与化学方法相结合，如通过外力的取向将有褶皱的石墨烯纳米片拉伸，使其规整排列，再用化学交联方法将其固定，防止石墨烯片因其柔韧性而回弹，大幅度提高其规整度。在密实度大幅度提高的基础上，其力学性能可达到1.55个GPa，与T300、T700等碳纤维复合材料性能相当，意味着石墨烯薄膜具备了应用在航空航天蒙皮材料的基本要求。

石墨烯材料未来几年将有大突破

IFGSZ: 您认为石墨烯的应用前景如何？

CQF: 我认为石墨烯作为一种新型的材料，发展非常有前途，其应用在未来的几年内一定会有较大突破。在会议上，产业界相互沟通交流，促进了对基础研究问题的发现，用不同视角提出科学与技术的问题，提供给基础研究不少的启发和新角度，这对石墨烯产业的发展有很大贡献。我对石墨烯的发展及未来的应用充满信心。

论坛促进了石墨烯产业的交流发展

IFGSZ: 我们的石墨烯论坛已经举办到第八届了，您认为本论坛对学术界和产业界有怎样的影响？

CQF: 作为这个论坛连续多届的参加者，我认为论坛有力地促进了石墨烯产业的交流发展。首先，该论坛几乎囊括了世界范围内研究石墨烯的优秀课题组，大家在会议上通过报告的形式将近一年最新的研究进展和结果互相分享，这对推动石墨烯研究的发展有很大作用。事实上，目前石墨烯的研究面临着两方面问题，一是需要在更基础的原理上有突破，二是在面向应用上需往前推进。比如在大面积制备的过程中，如何将石墨烯本身的优异性能表现出来。这些亟待解决的问题都能通过论坛得到面对面的讨论，促进石墨烯产业的交流发展。