冯新亮谈石墨烯的未来

Graphene Flagship科学家冯新亮与我们分享了他对石墨烯未来和我们项目的看法。

今天，我们采访了冯新亮，Graphene Flagship功能性泡沫和涂料的领导者。冯先生在我们爬坡阶段的一开始就加入了我们的项目，当时整个欧洲的研究人员都在分享想法，并塑造由欧盟资助的最雄心勃勃的努力之一的结构。最近，冯被任命为德国哈勒微结构物理研究所的马克斯·普朗克所长。

首先，恭喜您被任命为享有盛誉的马克斯·普朗克董事职位。我们想知道您对这个新职位的抱负是什么。您认为未来几年的研究将走向何方？

当然，在马克斯普朗克微结构物理研究所，我们将继续从事科学研究。我们将利用我们对基础合成化学的深入了解，发现石墨烯和相关材料的新应用，以应对重大的社会挑战。这些材料在信息技术、能源解决方案和环境应用中有很大的机会。

传统上，我们的研究所专门研究微观结构物理和器件。现在，我们希望带来新的精神，以扩大我们在化学和材料方面的研究领域。不仅是石墨烯，我们还将研究广泛的材料家族，设计多学科功能器件并开发新技术应用。

这个新职位是你开始学习科学的一大步。你为什么决定从事这个职业？

我一直对科学非常感兴趣，这是我继续研究和探索化学和新材料的主要动力。我的职业生涯始于武汉，然后是中国的上海，之后移居德国开始我的博士学习。在我的整个职业生涯中，我曾在许多不同的领域工作，从纯合成有机化学到聚合物和混合材料……现在，当然是石墨烯和分层材料！

既然你提到了石墨烯，你是什么时候第一次接触到这种材料，为什么它会引起你的注意？

从技术上讲，我们在2004年分离出石墨烯后不久就开始开发类似石墨烯的结构。石墨烯最初是通过石墨的剥离分离的。然而，我们的方法是自下而上的，我们使用合成化学来创建仅使用物理方法无法实现的碳结构。此外，化学允许我们随意将这些材料功能化。

我们合成了一类被称为多环芳烃的化合物，它们和石墨烯一样，是碳的单原子层——它只是更小的碎片！我们研究了它们在各个领域的特性，例如有机电子和自旋电子器件以及太阳能电池的光敏染料。我们还开发了具有不同形状和长度的薄结构或石墨烯纳米带，这对晶体管非常有用。

你最喜欢的石墨烯特性是什么？

我真的很喜欢它美妙的电子和光电特性。石墨烯表现出非常高的电荷迁移率和导电性。但是，它没有带隙，这在设计开关器件时是一个缺点。这就是化学发挥作用的地方！我们用它来非常精确地开发石墨烯纳米带，并根据需要定制材料的特性。我们也对其他二维和分层材料非常感兴趣，特别是合成2D聚合物，有机聚合物，金属有机框架……等等。它们使我们能够创造化学上非常多样化的结构和产品。此外，它们的许多属性仍未开发 – 这确实令人兴奋！

石墨烯的哪些应用将成为未来技术中绝对必不可少的？

就我个人而言，我在能源技术领域看到了很多机会：新电池和超级电容器等储能设备。在这些应用中，即使只是少量的石墨烯也能增强最具吸引力的特性——它比其他碳基材料效果更好。

我们还继续研究石墨烯纳米带 – 想象一下将石墨烯片切割成细股 – 这在数字应用和电子学中提供了巨大的潜力。我必须说，它们正变得越来越受欢迎。

当然，还有异质结构！它们结合了不同分层材料的层层，就像三明治中的成分一样——现在有很多选择可供选择。各种材料（有机，无机，合成）的不同组合意味着许多仍有待发现。异质结构将在膜、拓扑材料、电子等领域找到有趣的应用。然而，我们需要进一步的研究，以缩小这一领域的应用差距。

您是什么时候第一次了解石墨烯旗舰的？你同意这个项目加速了你的职业生涯吗？

哦，是的！我很幸运能从一开始就参与石墨烯旗舰，在2010年之前。当时我是美因茨的小组负责人，我开始与其他欧洲同事合作，为这项独一无二的计划确定关键主题和方向。

我的个人职业生涯与石墨烯旗舰一起成长。在过去的这些年里，我和我的同事和朋友一起在项目中学到了很多东西，对石墨烯和层状材料有了更多的了解，从物理和基础知识到应用和创新。此外，我遇到了许多新的好朋友！

现在，石墨烯旗舰支持行业主导的先锋项目，以促进TRL并促进市场渗透。你参与这些是什么？

我们正在努力促进创新。在2018年至2020年期间，我们集团参与了首批石墨烯旗舰先锋项目之一 – Weargraph。在那里，我们为可穿戴电子产品开发了石墨烯储能解决方案。

现在，我们在新的石墨烯旗舰矛头项目中工作，该项目名为Aerograft，由汉莎技术公司领导。我们的使命是开发使用航空石墨烯泡沫的自清洁空气过滤器原型。我们与石墨烯旗舰合作伙伴德国基尔大学和Sixonia Tech的团队合作生产功能化的石墨烯材料。它们具有非常高的表面积，同时保持坚固 – 使其成为过滤和清洁解决方案的理想选择。

我认为推动这些技术的TRL非常有意义 – 石墨烯旗舰遵循正确的策略，推动现实生活中的应用。

您预计石墨烯将如何改变技术格局？您认为石墨烯的哪些应用首先进入市场？

石墨烯确实有很多潜在的应用，如油墨、聚合物复合材料、电池、储能——其中一些已经找到了有吸引力的用途并进入市场。许多其他颠覆性技术迟早会出现，例如多功能传感器，在这个领域，石墨烯和相关材料也有很大的潜力，特别是与纳米带和异质结构相结合！

您对我们的Graphene Flagship早期职业科学家有什么建议？

我认为我在Graphene Flagship所遵循的道路是完美的类比。开始你的职业生涯时对新事物感到好奇是很棒的——一种新的材料、一种新的反应、一种新的现象。然后，你需要坚持不懈，为自己的想法和梦想而奋斗。当Graphene Flagship启动时，我们必须非常努力地保持项目的进展，并最终实现我们的目标 – 将石墨烯应用于商业应用。这种精神对我们来说是鼓舞人心的，对任何早期职业科学家来说都应该如此。