年轻的石墨烯研究人员聚焦：与Maria Giovanna Pastore Carbone博士的问答

Graphene-Info很高兴为才华横溢的年轻石墨烯研究人员提供舞台，特别是那些像Maria Giovanna Pastore Carbone博士这样有承诺和激情的研究人员。Maria Giovanna Pastore Carbone同意与我们聊天，并回答一些关于她与石墨烯旗舰的背景、工作和合作的问题。

Maria-Giovanna（右）在FORTH的实验室，与合作者Christos Pavlou

Maria Giovanna Pastore Carbone博士是意大利材料工程师，希腊研究和技术基金会化学工程科学研究所（FORTH/ICEHT）博士后研究员。她自2015年以来一直在研究石墨烯，并于2017年加入Graphene Flagship。她目前在Graphene Flagship项目框架内的研究重点是整合石墨烯和相关材料，以开发多功能系统（如用于EMI屏蔽应用的轻质复合材料和用于防止紫外线辐射和气体/蒸汽渗透的涂层），重点是其结构/属性关系。

问：谢谢接受采访，Carbone博士！很高兴与你通过网络见面。我们知道您自2015年以来一直参与石墨烯研究，您能给我们简要介绍一下您的石墨烯研究兴趣和项目吗？

答：在我的博士学习和在那不勒斯费德里科二世大学的早期博士后职业生涯中，我开发了一种多尺度、全面的方法，用于研究多相材料（主要是聚合物和复合材料）的功能和结构特性，该方法基于振动光谱的使用，允许此类特性在宏观微观和纳米尺度上的相关性。我对利用这种方法并将其扩展到新材料真的很感兴趣，“神奇材料”代表了最吸引人的案例。因此，我于2015年搬到希腊，加入FORTH石墨烯中心，使用纳米机械工具与拉曼光谱学相结合来研究石墨烯片的力学。石墨烯的第一个方法是在ERC项目（Tailor Graphene，由Costas Galiotis教授领导）的框架内进行的，在那里我可以抓住机会（并自由！）拓宽我对二维材料的特性以及如何在现实世界应用中翻译这些特性的了解。

事实上，作为一名工程师，我一直对为开发智能产品设计新型材料的想法很感兴趣。因此，我开始参与基于石墨烯的聚合物复合材料的开发，并于2017年在石墨烯旗舰的框架内开始研究。例如，我开发了应变传感器，使用涂有石墨烯纳米片的商业弹性体，这些弹性体能够检测身体运动，具有可调导电性的柔软和可压缩的纳米复合材料泡沫，以及用于电磁干扰（EMI）屏蔽的独立石墨烯聚合物纳米层压剂。

问：您目前的研究重点是石墨烯增强的多功能系统。你能解释一下石墨烯是如何使用的吗？你目前的研究成就和目标是什么？

答：石墨烯具有独特的化学物理特性组合，有鉴于此，它代表了突破性技术的特殊推动力。石墨烯相关材料的固有特性可以为其他材料提供额外的功能，增加导电性或导热性，减轻重量或增加机械强度。CVD石墨烯纳米层压板概念代表了一个非常令人印象深刻的例子（即石墨烯如何提供多种多功能性）。实际上，在Graphene Flagship-WP14“复合材料”的框架内，我正在开发和扩大CVD石墨烯/聚合物纳米层压板，由大尺寸的连续石墨烯片组成，由薄聚合物层分离，这些石墨烯片被单个材料中，这是具有挑战性的属性组合，即高EMI屏蔽效果，低密度、小厚度和机械完整性。这仍然是一些领域目前一项努力，如航空航天、汽车，甚至电子。

事实上，到目前为止，由于不连续填料（例如石墨烯纳米片、减少石墨烯氧化物等）的几个局限性，石墨烯聚合物复合材料的性能仍然低于预期，例如薄片的横向尺寸小、层数多、聚集和定向问题。因此，一般来说，可能需要更高的填充负载才能实现体面的电气、机械和EMI屏蔽性能。这代表了对片状石墨烯聚合物复合材料在大规模商品生产中有效工业应用的主要限制。不连续粒子增强复合材料的明智而有效的替代品是CVD石墨烯纳米层压板；然而，这种复合材料的设计和生产并不简单，我和我的同事开发了一种自动工艺来生产厘米级纳米层压板，该工艺在相同的石墨烯含量方面优于最先进的片基石墨烯聚合物复合材料的机械、电气、EMI屏蔽和气体阻隔性能。这项活动的结果已发表在高影响力的期刊上（例如自然通信）。然而，还有很长的路要走，我的目标是把这些材料带出实验室……

问：我们知道您对使用石墨烯（或其他2DM）的艺术品保护感兴趣。你能告诉我们更多吗？

答：除了作为一名研究人员，我深爱艺术，我是业余画家，因此为了艺术而利用科学是梦想的实现。保护艺术品免受光、湿气和其他有机化合物等有害因素的影响，是博物馆展览和存储中一件主要关注的问题。有很多提到著名的濒危艺术品，如梵高的《卧室》或蒙克的《尖叫》，因为它们的颜色会改变和褪色。他们的主要敌人是阳光、湿度和一些挥发性有机化合物。石墨烯具有独特的物理特性组合：除其他外，它是透明的，是抵御气体的完美屏障，并吸收紫外线辐射。原则上，它代表了保护颜色免受光降解的完美解决方案。

石墨烯阻挡紫外线，是氧气和水分的非常好的屏障：有鉴于此，它通过同时减少对艺术品的有害辐射并阻碍氧化剂的扩散，有效地防止颜色褪色。我和我在FORTH石墨烯中心的同事开发了一种在绘画上沉积石墨烯面纱的技术，我们证明，这些面纱实际上可以保护颜色在暴露于可见光和紫外线辐射时不褪色。我们还开发了用石墨烯和其他具有内在防褪色特性的二维材料增强的油漆。研究活动是在ERC Poc GRAPHENART的框架内进行的，其成果包括两篇论文（一篇发表在自然纳米技术上，另一篇发表在纳米尺度上），一项国家（希腊）专利和两项在全球几个国家提交的专利申请，并吸引了国家和国际媒体。

问：关于与Graphene Flagship合作（自2017年起），你能说些什么？

答：Graphene Flagship公司的结构是围绕涉及学术界和行业的集中研究工作，这仍然是未来研究的重要范式转变。由于资源如此独特集中，我们有可能达到我们现在对石墨烯和其他二维材料的理解和知识水平，这使颠覆性技术成为可能。

在过去的几年里，Graphene Flagship成功地将石墨烯带出了实验室，创造了一个富有成效的欧洲工业生态系统，开发了石墨烯和其他二维材料在几个领域的应用。加入Graphene Flagship是我作为研究人员职业生涯中的一个里程碑，因为它给了我巨大的社交机会。事实上，它使我能够与最高级别的研究中心联系，并与空中客车、巴斯夫和菲亚特等各行业部门的大公司以及Graphenea等石墨烯生产商取得联系。此外，我参与Spearhead项目（如GBoard）让我有机会观察和体验石墨烯从实验室到适合商业化的创新的旅程。

问：对于从石墨烯研究开始的年轻研究人员，你有什么建议吗？

答：围绕石墨烯和其他二维材料的研究既有趣又有吸引力：i）它把你从三维世界带到原子维度的样本；ii）几乎看不见的东西可以“神奇地”集成到设备和复合材料中，提供独特的、最高级的特性，令人印象深刻。因此，从石墨烯开始的年轻研究人员可能会对使用“神奇材料”感到兴奋和幸运。然而，与每个领域一样，研究应该以爱和好奇心为主导，并需要高度承诺。道德和透明度是根本的，毅力和决心也是根本的，特别是在艰苦的研究时期。永远不要放弃：如果你找不到完美的石墨烯片，不要在显微镜前一见钟情；如果你的出版物不被接受或你收到批评，不要陷入困境，而是继续前进，改进你的研究。最后但并非最不重要的是，年轻的研究人员应始终牢记，他们的使命是为更美好的未来做出贡献，并促进创新，实现一个可持续的世界。我们永远不应该忘记，唯一的限制是我们的想象力。

问：您认为石墨烯在3-5年内的影响最大？

答：石墨烯最直接的应用，如复合材料、油墨和涂料已经上市（您可以查看Graphene Flagship产品库）。例如，石墨烯相关材料在聚合物母粒中的封装是Graphene Flagship（WP14复合材料）的重大成就，这表明石墨烯复合材料在日常生活中的使用非常接近。一个实际的例子是利用这些母粒来开发汽车智能仪表板，这是GBoard先锋项目的目标。该行业将很快准备好吸收和实施最新的创新，并开始制造其他产品，如电池、太阳能电池板、电子产品、光子和通信设备以及医疗技术。在不久的将来，由于石墨烯相关材料，下一代技术将得以实现：从5G数据通信的互连到可穿戴健康监视器，以及灵活的移动屏幕。看到所有这些材料完全集成到日常产品中是我们的使命。

谢谢你，博士。Maria Giovanna Pastore Carbone，祝你工作顺利！