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朱俊武:让石墨烯像书本一样能“翻开”

2021-09-10

何佳芮

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“兴趣和工作相结合,能更大程度激发原创性。”作为“长江学者奖励计划”的青年学者和江苏省“十大青年科技之星”之一的南京理工大学化工学院教授,朱俊武还是一名以“基于能源高效利用的功能材料结构设计及应用”为主要研究方向的年轻博导。他是怎样将兴趣与科研结合起来的?

在南京理工大学硕博连读期间,朱俊武开始走进实验室,跟随导师接触实验。就这样,他逐渐在实验当中发现了乐趣,同时在一次次实验中逐步取得的一个个成功的小喜悦,使得他渐渐爱上了这条道路并最终选择了在这条道路上坚定地走下去。

俗话说兴趣是最好的老师。不过,仅有兴趣还不行,有兴趣做科研的人很多,最后成功的人却屈指可数。科研这条道路并非一帆风顺,朱俊武直言自己曾经有过一段迷茫的时期。硕博连读的第一年是朱俊武比较困惑的一年,也许是因为万事开头难,各方面还都不太熟悉,一开始实验并没有像他预料的那样,总是不太顺利。

“你可能会觉得只要付出努力就会达到预想的结果,实际上科研工作并不是这么简单。因为一开始没有经过系统训练,所以经常碰到挫折,有时候会比较沮丧。如果没有兴趣,做科研便成了枯燥的任务,动力就不如那些带着兴趣去做的人。”朱俊武说,如今再想来,正是因为这些不顺利,才让他更加努力地查找问题所在,再通过一步步探索攻克一个个难题。

朱俊武的研究对象之一就是被称作“新材料之王”的石墨烯。如今很多团队都在研究石墨烯,而朱俊武所在的实验室是2006年开始启动石墨烯研究的,是国内较早进入这个领域的研究团队。

石墨是一种常见的材料,具有良好的导电性,我国的储备很多,所以价格低廉。但直到2004年,国内外对石墨烯材料的研究才兴起。朱俊武介绍,这是因为石墨烯片层与片层之间容易团聚在一起,但理想的状态是各片层之间能像书页一样容易翻开,只有这样,才能将利用的表面积成倍放大。然而,现实却是打开的石墨烯片层总是趋向于合并在一起,材料并不能充分利用。朱俊武所研究的,就是如何将石墨烯做成“能翻开的书页”。

在石墨烯研究领域,朱俊武和团队取得了两个重要成果。一是利用静电吸引、双重溶剂配位和原位沉积的原理,将醇水结构控制的思想发展为制备石墨烯-纳米粒子复合材料的通用方法,构筑出多种高性能的石墨烯复合纳米结构电极材料;二是采用醇水结构控制的思想,将电化学活性纳米粒子原位锚定在石墨烯片层的表面,在利用石墨烯良好导电性的同时,有效解决了纳米粒子在电化学循环过程中的团聚问题。

两个研究成果,让朱俊武获得多项授权发明专利,相关成果已在公司实现产业化生产,解决了材料结构控制和团聚的问题,实现了科技进步和产品档次的提高,并作为重要组成部分获得2010年国家科技进步奖二等奖。除了技术发明,这些年来,朱俊武的理论研究也成果丰硕。他的论文SCI被引次数达7000多次,单篇最高被引达到1400余次。

微观领域的科研项目能够转化为产品,这让朱俊武很是欣慰。他认为,科研的最终目的是要做出产品,虽然从理论研究到出产品是一个很长的链条,但只要有实际应用价值就要坚持下去。

超级电容器是一种新型储能装置,一般来说,超级电容器的功率密度高,循环寿命长,但能量密度低。如何在保证其高功率密度的前提下,提高电极材料能量密度,是电容器亟待解决的难点,这也是朱俊武的研究课题之一。

经过不断研究,目前朱俊武在此领域已小有成果。他们阐明了石墨烯复合材料的“协同储电效应”,提出双重效应用于超级电容器电极材料的结构设计思想,研制出高储能密度、长循环寿命的超级电容器电极材料;联合静电排斥作用、溶剂化效应和石墨烯片层褶皱行为,构筑出了片层高度分离、非常适合电解液离子迁移的石墨烯水凝胶多孔结构,解决了超级电容器能量密度偏低的难题。相关研究内容已获多项授权发明专利,部分研究成果作为重要组成部分获得2015年江苏省科学技术奖一等奖。

朱俊武介绍,在他们的研究应用中,老百姓最感兴趣的应用案例就是电动汽车。“希望将来电动汽车充电时间更短,跑的里程更远。”这是朱俊武的梦想和追求。