一位材料界大牛说过,在革命性新材料的具体应用场景明晰之前,他不会做制备技术的研发,因为从立项到项目成熟的周期太长、风险太大,公司承担不起这么多不确定性。从公司发展的角度来看,他的话是对的。对于一位产品开发工程师,在了解了一款新材料的性能之后,第一个问题就是否能够长期稳定的供货。生产端希望能看到明确的应用场景后,再研发生产;而应用端希望性能稳定、产量稳定后,再去应用。这是一个两难的局面,而宁波材料所正在着力改变这种状况。毕竟,对于具体技术而言,总是需要勇敢的破冰者。
汪伟很可能就是石墨烯薄膜产业化技术的破冰者。他在中国科学技术大学度过了9年时光,又在美国做了4年博士后,作为纳米材料研究领域的一颗新星,正当可以在基础研究大展身手的时候,他却选择离开发论文式的科研,毅然选择了一个更有挑战性、更有意义的科研方式——2012年他加入中科院宁波材料所,在刘兆平研究员的引导下,开始了他在石墨烯薄膜规模化制备技术研发领域的新征程。
当问他为什么选择去啃这块硬骨头的时候,他说:“我想做更能直接推动社会经济发展的东西,石墨烯薄膜是理想的柔性透明超薄导体,如果能够低成本大批量稳定制备出来,肯定会大有用武之地。”
对于带着诺贝尔奖光环的石墨烯,对于这种只有碳原子厚度的新材料,汪伟在一开始就选择了其极致形态——单层石墨烯薄膜,在技术路径中则选择了全世界尚未能取得突破的卷对卷连续制备技术。汪伟知道,卷对卷技术具有批次稳定性好、产能大的优势,是静态制备技术无法比拟的。
彼时,国内几家石墨烯薄膜产业化制备的先行者采用的都是静态制备技术,卷对卷制备技术还存在于概念之中,全球也仅有三两个实验室报道了卷对卷制备技术,但就其结果来看,还只能算初级水平,远达不到高产能、高稳定性的理想状态。没有技术参考,更没有相关的设备,仅有一个概念,这就是他当时面对的情况。
工欲善其事,必先利其器。无法采购到现成设备,就自己设计。他从卷对卷的概念出发,在传统的静态CVD反应炉的两端,增加了一套收卷和放卷机构,形成了一台简易的卷对卷生长设备。在这台设备上反复试验和改进,摸清了卷对卷生长过程中的技术关键,2013年底实现了8厘米宽、100米长的石墨烯薄膜制备。接着是第二代卷对卷生长设备,解决了铜箔在近熔点下传动的难题,2015年底又实现了20厘米宽幅、1000米长的石墨烯薄膜生长。2017年开始了第三代大宽幅卷对卷生长设备的设计,这是要解决高速生长的难题,目标是将生长速度提升到每分钟10米左右。2017年底,新建的中试线运行起来了,顺利地实现了50厘米宽幅千米级长度石墨烯薄膜的制备。
卷对卷生长难,卷对卷转移更难!要将一个原子层厚度的石墨烯薄膜从铜基底上连续地转移到柔性透明基底上,并保持其完整,其难度如同在刀尖上跳舞。从最初的用简单的设备来验证可行性,到第二代卷对卷转移设备实现20厘米宽幅的低速转移,再到第三代卷对卷转移设备的50厘米宽幅,每分钟数米的转移。石墨烯的发现者之一、诺贝尔奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授在2018年底来实地参观时,情不自禁地说了几遍“so fast”、“impressive”。这是他对我们石墨烯卷对卷制备技术发自内心的赞叹!
技术上每一步前进,都是汪伟带领团队开展大量研发工作的结果。在石墨烯薄膜规模化制备技术的研发过程中,汪伟带出了一个涵盖研究、技术、工艺、设备等各个环节的团队。这个团队从成立至今逐步壮大,发展过程中人员非常稳定,确保了整个技术开发的有序前进。当问起他的团队成员,为什么愿意不计时间、不计报酬加班加点地完成工作时,他们的回答都很简单,因为佩服汪伟的学识、能力、人品,更因为在解决大大小小各种问题的时候,汪伟都和他们在一起。
记得在一次关键节点上,设备需要改造。汪伟和他的团队一直工作到凌晨一点半,当他安排部分团队成员下班后,他自己留下来进行了一次长达三个小时的实验验证。但遗憾的是其中仍有部分问题没有彻底解决。第二天他和团队又一起工作到凌晨两点半,并在团队成员回家之后自己又亲自进行了一次三个小时的实验验证,才最终解决了问题,确保项目顺利推进。
他尽心尽力,以身作则,铸就了稳定的团队,而团队的稳定,确保了技术开发的顺利进行。
他自己说过,其实对于有些细节问题,具体执行人员更熟悉。但是他在现场一起参与讨论和解决问题,一方面是用自己的逻辑帮大家抓住问题的重点,另一方面是给团队成员信心,就像一面旗帜,带领大家前进。
当石墨烯薄膜产业化研发面对新的机遇和挑战的时候,各种新的情况也在迎面扑来。团队发展战略的更新,与下游应用企业的合作,设备再改造及技术路线优化等等,每当面对新的挑战,他总是冲在最前面。
七年时间很长,他从无到有,通过各方面努力来设计研制设备、优化性能、降低价格,使石墨烯薄膜逐渐走向小规模应用,走向市场;七年光阴又很短,有很多技术细节仍需进一步精研,有很多设备细节仍需进一步磨合。但是在七年中,没有改变的,是他踏踏实实、迎难而上的工作方式,是他为推动石墨烯薄膜产业化应用而奋斗的一份初心。
2013年,汪伟在工作中
2016年9月,汪伟与刘兆平首次携带石墨烯薄膜卷材参加展览
石墨烯薄膜规模化制备技术项目团队
(动力锂电实验室 白晓航)
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