高超，杭州高烯科技有限公司创始人、首席科学家，石墨烯多功能复合纤维共同体研究院院长，浙江大学求是特聘教授，国家杰出青年基金获得者，入选浙江省151人才计划第一层次，浙江省科协第十届委员会委员、常委，浙江大学学术委员会委员，高分子科学研究所所长。主要从事石墨烯化学与组装等方面的研究，发表SCI收录文章230余篇，授权中国发明专利近百项，授权国际发明专利6项，实现70多项石墨烯相关专利的转让。承担国家自然基金委、军科委、科技部等重大重点项目十多项。入选科睿唯安“高被引科学家”，获得首届“钱宝钧纤维材料青年学者奖”、全国优秀博士学位论文等荣誉，研究成果石墨烯气凝胶入选两院院士评选2013年中国十大科技进展新闻，获最轻固态材料吉尼斯世界纪录认证，石墨烯纤维入选Nature 2011年度最具影响力图片之一。带领团队建成全球首条IGCC认证的单层氧化石墨烯生产线，打通了从石墨到终端康护纺织品全产业链。
本期视频号将为您带来高超老师在“2021中国国际石墨烯创新大会”上的精彩报告。
【报告题目】单层氧化石墨烯：从科学到产业
我给大家分享的主要是基于氧化石墨烯，他的一些研究的进展和我们的在产业化上面的一些探索。我来自浙江大学高分子系，同时我们也创立了一个公司叫杭州高烯科技有限公司。我将从以下几个方面来给大家进行分享，首先是石墨烯的简介，然后主要讲单层氧化石墨烯的生产，最后还有应用。
石墨烯大家都知道，特点、性能都不用说了，预计市场也是非常大，可以成为未来科技基石之一。美国是以硅材料为主体发展起来的现代信息产业，很多大公司都是以硅材料为主要依托。我们中国有没有可能以石墨烯材料建立起东西烯谷，这也是我们的梦想。
但是总的说来，石墨烯的性能非常好，但是你要把他用起来还需要努力。主要是有这么几个问题，这也是我经常讲的，4个M。第一个原料的Mass production，即大量制备；第二个是宏观组装（Macro-assembly），你原料做好以后怎么做材料；第三个是微观的分散（Micro-dispersion）；第四个是器件（Micro-devices）。两个大M，两个小m；两个微观的，两个宏观的。
过去这么多年，当然我们在这几个问题进行思考、进行回答，尽管还没有完全回答，也有初步结果。我们把他总结为两个发现、四个发明。
第一个发现就是我们发现氧化石墨烯可以形成液晶，通过这个液晶就可以做一系列新型材料，所以我们把他称为不光是一个纳米，还是一个分子。第二个发现就是我们发现氧化石墨烯的纤维可以进行可逆的融合与分裂。
基于这些发现我们又有四个发明，分别是纤维、薄膜、泡沫、无纺布。第一个字母都是F，那么我们F4。
那么至于这个产业化怎么做呢，还是一样的，分阶段推进。第一个阶段是伴生，伴生就是像味精一样，石墨烯做一些添加，比如说复合纤维。第二个阶段就是共生，石墨烯成为功能的主体。当然最终是希望成为创生，进行性能的颠覆。当然阶段是逐渐推进的，今天我给大家汇报的就是按照阶段式，举一些例子。
企业也进行了一些技术的探索，创建了1+3+3的工程技术体系。1就是单层氧化石墨烯，这个我们比较骄傲的说是通过了IGCC的认证的全球唯一量产商，已经经过数百家用户的验证，就是科研机构。你不相信这是单层的，你一做实验就知道了。我们的定位就是顶天立地，做最好的原料给大家，既可以用于科学研究，也可以用于工业化应用，这是第一个。第一个3呢，是康护纤维，把氧化石墨烯和纤维、化纤结合起来，做成一个真正康护纤维纺织品新的门类，或者说第四代纤维；第二个就是做成发热膜，通过还原、修复做成复合的薄膜，通电发热；第三个就是散热膜，做成膜再还原，通过石墨化处理得到高导热的材料。这个应用面非常广，纺织品包括电发热可以用用到千家万户，所以我们的定位叫铺天盖地；石墨烯是高科技，除了航空航天以外，老百姓的生活也是需要的，所以叫铺天盖地。后面我们还有几个技术的储备，我们称作战略性的技术，第一个就是纯石墨烯的纤维，是另一种碳纤维；然后呢是石墨烯气凝胶，在能源方面的应用；还有一个是用石墨烯做的光电子芯片。这些在科学上已经有了基本的答案，专利我们已经基本申请。后面这三个属于颠覆性的应用，就是创生阶段，最终能够实现改天换地。
我们首先给大家分享一下量产，量产的原理很简单，就是天然的石墨，石墨矿经过纯化后得到石墨，石墨烯经过氧化得到氧化石墨，氧化石墨通过一系列的机械作用如超声等得到了氧化石墨烯。这条路线原理很简单，已经有一百多年了，但是把他做成产品是不容易的，比如你要解决一系列的反应、分离，还有后处理等等的一系列问题。这个氧化石墨烯是如何做成单层的，实际上已经超越了纳米，所以我们称之为二维大分子，他也可以称为纳米，也可以叫做大分子，即超越纳米的极致二维大分子。他当然也是有缺点的，因为他已经破坏了完整性，所以功能性已经大大衰减甚至已经没有了。但是他最大的优点就是便于加工、便于分散，同时容易组装成材料，组装以后可以还原，解决了材料的加工问题。我们可以利用他的优点，同时克服他的缺点，或者把他的缺点进行改变。
比如说，我们这个工作就是把氧化石墨烯做原料，做成一个超薄的、大面积的薄膜，我们称为纳米宏观薄膜，横向尺寸是宏观的，厚度上是纳米级的，大概20-50纳米，得到一个半透明的薄膜。通过高温处理就可以还原，可以看到他的晶格已经非常完善了，黄色就是STM的照片，非常漂亮和规整；他在拉曼上也几乎跟CVD长的差不多了，没有缺陷。这个材料用来做光电子芯片非常好，器件我们也做出来了。所以氧化石墨烯有缺陷不要紧，是可以修复的。关于这方面我们有一个综述，专门讲氧化石墨烯二维大分子从单分子到宏观材料。
同时，我们单分子有什么根据和特点，我们从分子构象层面进行研究，因为大分子是有构象的，构象就是不同的结构的方式或者说形状，既可以伸展的flat，也可以有一些波纹状的，也可以是折叠状的，也可以是塌陷的，有多种多样的构象，这就是分子最独特的性能，我们提出来一个名词叫氧化石墨烯二维大分子构象工程，希望在传统现有高分子以外，开拓另外一个维度的分子构象工程。有了构象，就可以从分子目的的角度对分子进行调控。关于氧化石墨烯，我们也作了十多年了，才开始的小釜到放大，1L、10L、20L、50L，100L到吨，再到几吨，大概是这样的放大，中间的过程也是解决一系列的科学问题、技术问题、工程问题、控制问题等等，这个已经实现了，也得到了了IGCC的认证。单层率是大于99%，这个也是经过第三方的检测的，到生产线取50次样。
全球的用户已经超过500家了，单层的品质得到了所有客户的认可。现在我们有多种规格，工业品按吨，实验室呢有1公斤的、也有5公斤的、几百克的。用我们原料做研究的也发了很多论文，所以我们也是为科研助力的，包括science、nature系列的好的期刊，关于氧化石墨烯的好多好的文章都是用的我们的原料。在线的同仁们不妨来体验一下，我们现在有一个免费的活动，回馈科研，搞科研自己做氧化石墨烯是比较辛苦的，关键是比较危险，现在管控也比较严，也曾经发生过爆炸事故，学生也出现过许多事件，所以不主张自己制备氧化石墨烯，而且现在也不贵了，免费的，甚至运费都是我们来出，直接扫码就可以免费领取。现在制备已经不是一个科学问题了，所以你就用这个材料去做下游的应用研究就可以了。他的应用也是非常广，可以加快科研进展。同时如果你科研做好了要孵化做产业化，我们也可以提供高品质的、价格也不贵的原料。这样就可以形成一条产业链。
我们第一个应用就是做纤维，纤维说起来简单，把氧化石墨烯和化纤单体进行原位聚合就可以了，但是也作了十年，我们称为十年磨一线。通过原位聚合把一部分高分子长在了氧化石墨烯上，形成了分子级的融合，和化纤基材是分子级的结合，所以在纤维里还是单层分散的。当然中间通过一系列工程放大，单层分散、高速纺丝、等等一系列问题都已经解决了，已经变成产品了。
石墨烯纤维是有一定的灰色的，彩色是没有问题的，可以染色。从一块石墨到一件衣服的这条路我们已经打通了，我们希望整个产业一起来做，形成产业链。
石墨烯加进去有什么功能呢，目前为止我们经过检测有6大功能，第一个是抗病毒，包括新冠病毒、禽流感、手足口都是可以的；抗菌、抑菌；抗紫外；抑制螨虫；上面是四大防控功能，还有两个保健功能，一个是远红外发射、一个是负离子发生。这6大功能，当然做终端的时候不一定全部需要，需要宣传的时候各取所需。应用面是非常广的，对外可以防控，对内可以保健，所以我们称为康护纤维。用在医院可以抑菌无菌无病毒，用在休闲娱乐场所可以切断细菌病毒传播，睡觉作被子可以没有螨虫，非常好，体育运动出汗可以除臭，个人康复贴肤可以美肤，相当于一个美容产品。这是用布料做出来的，当然夏天户外运动的也是需要的。
所以我们开发了一系列的终端产品，也可以到展位中去看一看聊一聊。这个被子被称为烯丝被，我们也是引进大，成本大幅降低，有需要可以团购，赋能健康中国、美丽中国。
打石墨烯纤维旗号的也不少，我们的核心亮点是什么呢？
第一个是真，原料是真的，是通过IGCC认证的；当然我们在化纤领域呢，也把我们的原料拿到国外去认证了，日本的东丽也认证过了。目前在纺织行业通过这两个认证的只有我们一家。
第二个是久，因为我们是原位聚合，是共价键连接，所以功能持久。
第三个康护，纳米材料到底安不安全，不要自己去说，通过第三方检测就行了。欧洲有专门的机构，对细胞进行全测试，最严苛的一个条件，生态级安全，婴幼儿适用，所以是没问题的。
最终的还是原，技术原创，浙大的源头，我们公司开发出来，进行产业链合作的话也可以技术授权，技术的贡献。
我们做出来的纤维定位是什么样的呢，我们称之为第四代纤维。第一代纤维是天然纤维，第二代是化学纤维，第三代是传统的功能纤维，第四代我们称之为康护纤维。第三代纤维有功能，但是不一定健康，我们既有功能又有健康，所以是康护纤维。
健康人生，从穿衣开始，因为衣服是与人体接触时间最多的，从早到晚，几乎24小时。如果衣服有康护功能，重新构造人和纺织物的关系，开启康护纺织新时代。
有了这个技术，我们也希望与上下游一起共享，所以我们成立了石墨烯多功能复合纤维共同体研究院，融合共生、共享共赢，一起来做终端标识、纤维标准、真伪标牌，最终实现全球溯源。上午还在讨论，石墨烯联盟牵头，一起来做一个平台，把真正的石墨烯通过认证的方式推出来。有很多大专家、院士来给我们赋能。
我们最终是希望石墨烯康护纤维，穿出中国自信。为什么呢，因为我们纤维虽然大，但是原创的不多，所以康护纤维概念是由中国提出，这个是不多见的。技术也是中国原创，产品也是中国引领。所以我们希望穿出中国自信，赋能健康中国。
这个是我们第一个，石墨烯纤维，属于伴生，那么共生我们也举个例子，是薄膜。
这个做薄膜也是氧化石墨烯，通过纺涂、刮涂都可以，做薄膜的速度也是非常快的，每分钟，厚度也可以控制，在高温下进行还原。我们在这里提了一个想法，高导热性与高柔性，从材料学上来说这二者是矛盾的，很难二者兼顾，那我们怎么办呢。通过在大片石墨烯上引入分子类的折皱这样的思想解决了这个问题。你看这就是结果，氧化石墨烯是伸展开的，通过高温发泡产生一些气囊，最后通过辊压把气囊变成折皱。这个是拉曼的结果，说明是少层石墨烯的堆叠。这个是高还原无缺陷的修复，你可以看电子衍射，高分辨电镜，是非常完美的结构。这是一个散热的测试结果，导热系数达到2000，实测也是非常好的。这是一个折叠的效果，他反复折可以到6000次以上，一般的塑料包括金属折3、5次就会断裂。这个是在手机里实测的结果，比传统的PI膜确实要好，中间的发亮是传统的，右面的是我们的GF石墨烯薄膜，温度要比传统的低6度，最高只有33度，非常好。
当然除了做散热、导热以外，还可以做电热。因为他导电，光灸，可以加个电极，把电能转换成热能，用的就比较广，可以做大的也可以做小的，穿在身上也可以。比如说做一些暖宫宝、护腰、护肩、护膝都可以。这个我们也已经形成连续量产了，同时我们也提供具体你需要的发热膜，我们这个是12V的，20-24W，也可以根据你的要求提供8V、24V的，这是一个也算是大客户，8000片也是顺利交付。
同时我们也做了一个终端，便于大家体验，就是相当于传统的电热毯变成了石墨烯的光灸毯，好处就是舒服、不燥不痒，传统的就是吹得不舒服；暖如怀抱，因为他是红外线，红外线是一种生命光波。可以比喻，传统的电热毯相当于一个烤箱，人在上面是烤肉；而我们的这个远红外线像一个母亲的怀抱一样，肯定舒服。第二个，每晚0.5度电，现在正需要，国家也提倡，比空调要节能10-30倍。第三个，安全，因为转换了电压，有多种安全措施。最终他是可以进行健康的理疗，一般的，体验效果特别好，当然现在很遗憾我们已经卖断货了，所以需要的话可以预定，大概月底到下月初新货会出来。
这个是共生的举个例子，最后讲一个创生的，纯的石墨烯纤维，相当于碳纤维。碳纤维历史也是比较悠久，可以追溯到1850-1860年代，到Edison、Swan用碳丝来做灯丝，后来现代意义上的碳纤维，再到后来清华大学范院士，再到十年前我们做出来石墨烯纤维。
石墨烯纤维意味着什么呢，他是通过以石墨为原料，然后做出氧化石墨烯，然后通过液晶纺丝，再做还原，所以他的制备路径是全新的，与传统的碳纤维完全不一样，传统的是石油，这个是石墨。作用原理也不一样，他是片片成纤原理。然后是纤维的品种，将来有可能实现结构功能一体化。当然知识产权是中国人的，全链条全新的自主知识产权。
他的纺丝也很简单，就是把氧化石墨烯的液晶通过一个凝固浴，之后就可以收卷。这是十年前的我们第一根石墨烯纤维，当时是中国人发明的，所以绣了一个中字，当时被选为自然的年度图片。
这是我们最新发现的，在还原之前，氧化石墨烯纤维，可以通过在溶剂蒸发很多根氧化石墨烯纤维可以融合成一根，这一根强度也是很不错的，可以直接用；在不需要的时候，这一根纤维又可以通过溶剂的作用溶胀，可以再进行分裂成原来的纤维，这个被称为可逆融合与分裂，像孙悟空一样可变可逆的，数万根也是可以的。同时也可以进行对特体物质的捕获和吞吐。
当然这个纤维还原以后就变成石墨烯纤维，对如何提升他的性能给出了一个指导的策略，叫缺陷工程。氧化石墨烯纤维有多级多层缺陷，我们尽量把缺陷减少，这样他的性能就会提高。这是一个通过凝胶纤维丝拉伸的，再通过还原，通过高温炭化以后得到的纤维，他的强度大概是2GPa，模量是400GPa，导电率也不错（8*10 5S/m）。还有一个方法是塑化拉伸，通过纺丝以后干燥，干燥以后再通过溶剂塑化，调控层间，可以延展，可以把皱褶状态下的石墨烯伸展，伸展以后作用力就很强了。这是一个拉伸的状态，你看拉伸以后纤维越来越致密，取向越来越高。通过高温还原以后，他是一个单晶结构。这样他的性能就基本提高了，强度可以达到3.4GPa，特别是他的导热率高了，可以达到1480，作为一款纤维来说是非常高的，已经超过了美国的标志性纤维Pitch K1100（950），所以我们第一个就是要做高导热的石墨烯纤维。石墨烯纤维主要的科学上的依据是在于打通了另外一个作用模型，从链式作用变成了片式作用。大家在这个领域有多个团队介入，我们也很高兴中国持续的把他往下推进，潜力还是很大的。
时间差不多了，我们来一个结论。氧化石墨烯大有可为，有三首诗来描述氧化石墨烯的性能和作用。
第一首诗：一片两片三四片、五六七八九十片。千片万片无数片，飞入水花都不见。
最后一句话原来是飞入梅花都不见，这是讲雪花的。我们改成了水花，因为氧化石墨烯溶解性非常好。
第二首诗是讲制备与组装：插层氧化石成金，水洗超声片片新。纵是千疮身百孔，组装修复变烯神。
最后来讲他的成材：不惧残缺分散欢，液晶取向体膜纤。料材器用通达时，一笑而藏天下安。
当然感谢团队，感谢合作者，感谢基金的支持，谢谢大家！
提问：石墨烯纤维的好处有哪些？康复原理是什么？
回答：这个应该是指复合纤维，他的好处就是六大功能，刚才已经说了。他的康复原理就是来自于石墨烯，比如说他有抗菌抗病毒抗紫外，还有抑制螨虫，这来自于他的纳米结构和他的微观电场，远红外和负离子也是差不多，远红外是石墨烯他本身吸收了环境和身体的远红外同时再辐射出来，这个是他防护和健康的功能，这个是把原来普通的纤维变成一个多功能的纤维。
提问：我们自己有石墨矿，想在这一块进行合作，保证单层，会不会沉淀，纯度有多少，浆料有几款
回答：我们是专注于做单层的，具体应用的时候是用单层的还是多层的还是石墨，其实都可以用，不是说只有单层的。我们的浆料是单层的，纯度有99%，不会沉淀，可以保存至少一年。浆料有规格，按横向的尺度、大小，还有溶剂的种类，有的是水、DMF等，根据客户的需要。
提问：在科技转化的过程中，遇到的最大挑战是什么？
回答：这个是比较有挑战的问题，我们讲实话，我们做产业化是偶然，跳下来就没有回头路，回不去了，只能硬着头皮上，过程是非常艰苦的。主要问题呢首先是科学和技术，这比我们预想的要难，这是第一个，但是这个问题我认为还是可以解决的。第二个问题就是要生存，生存就是你要获得投资或者从哪里弄钱，这是比较麻烦的，因为在中国是没有真正的风险投资。所以从科学到技术是一个问题，从技术到产业化又是另一个问题。你做成产品的话，要保证产品的稳定性是很难的。所以，技术、金钱，最后是市场。你的产品做出来，发了很多，5年、8年做的很好了，市场接不接受，你的价格怎么样这些一系列的事情，所以挑战还是有的。现在我们已经作了这么多年了，也差不多了，我们的忍耐力也锻炼出来了，已经见到曙光了，谢谢
提问：氧化石墨烯水溶液在自然环境下还原速率怎么样？
回答：这个与具体的还原条件有关，有的是水合肼还原，有的是氢碘酸还原，还有的是热还原。你说的自然保存，在常温下氧化石墨烯水分散液是很稳定的，当然储存是有一定的条件，如果温度高了有一定的热还原，一般来说以月为单位。
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