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彩立方新材料专家邵国胜:福荫后世 制备绿色节能“超级材料”
发表时间 2018-06-01 15:51 来源 彩立方

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邵国胜教授在中央党校学习期间,与改革开放的总设计师邓小平主席像合影,表达了邵教授归国报效之赤诚

  他牵头组建郑州大学中英纳米多功能材料联合研究中心;

  他孜孜不倦终于发明绿色节能技术制备“超级材料”;

  他不忘初心用努力用科技保护绿水青山;

  他是邵国胜教授——

  国家千人计划专家、郑州大学博士生导师、郑州新世纪材料基因组工程研究院院长。

  不忘初心 砥砺前行

  1977年恢复高考后,邵国胜作为全县仅有的两名大学生之一,考入郑州工学院(新郑州大学主要组成部分之一)冶金专业学习,并在毕业后留校任教。1991年,通过中英友好奖学金, 他以访问学者身份赴英国深造。此后数十年间,邵国胜在英国萨里大学材料科学与工程专业攻读博士、博士后,先后担任萨里大学高级研究官、布鲁奈尔大学副教授、博尔顿大学计算材料学教授、新能源材料研究所所长、工程院院长等,兼任英国材料化学委员会委员、材料学会专业会员,在英国新材料研究领域取得了多项重要成果。

  2010年,国家知识产权局局长、时任郑州大学校长申长雨院士向邵国胜发出“橄榄枝”,邀请他回国助力新材料发展。割舍不断的文化根脉让邵国胜面对祖国和家乡的发展需要,义无反顾放弃了多年来在英国新材料研究领域积累的基础,作为河南省引进的首位“千人计划”专家,担任郑州大学特聘教授。作为留过洋、与国际接轨的专家,邵国胜身上丝毫没有专家的“架子”,反而有种少有的质朴务实气质。他用淳朴的语言表达了对自己肩负的使命那份超乎寻常的认真:“祖国、家乡需要我回来,我如果不认真工作,在自己擅长的领域为科技进步作出贡献,不仅无法给祖国、给母校交代,也无法给自己交代。”

  石墨烯被誉为“超级材料”,是已知的最薄、最坚硬的纳米材料,它几乎完全透明,质轻、结构稳定且具有良好的柔韧性和超强的导电导热性,在高精尖领域有着巨大的应用潜能,是一种辐射性极强、极具战略意义的“颠覆性材料”。

  邵国胜选择石墨烯作为研究主体做精做强,最重要的原因是通过石墨烯研发可以促进传统材料的升级,带动民用、军用等一大批产业的革新。当前,国际主流的粉体石墨烯制造技术存在“三高一低”问题:主流氧化还原技术虽然比较适于规模化生产,但生产过程高度污染环境、产品缺陷率极高,不宜用于高性能领域。英国电弧法技术虽然能够制备结构接近石墨烯的纳米角,单台设备年产率却只有200来公斤,严重阻碍了石墨烯的工业化应用。因而,近年来国际研究热点聚焦在对有缺陷石墨烯的修复技术上,治标不治本。

  邵国胜锁定石墨烯制造源头,带领团队开展科研攻关,掌握了国际上独有的全流程绿色量产高品质石墨烯技术,真正实现了用清洁办法一步制造出优质石墨烯粉体的目标。其制备过程能耗不到电弧法的1%,制品质量优于电弧法,成本不到其千分之五,能耗相当的单机年产能可达数十吨。

  不仅在制备方面,石墨烯的产业化应用也是邵国胜关注的重点。针对当前锂电池易引起失火爆炸和续航能力不强等问题,他带领研究院用石墨烯代替传统石墨做电池负极材料,将石墨烯与非嵌入式正极材料复合,研制出较为成熟的金属离子电池,储能密度能够提高2.5倍,充放电速度更快,使用更安全。

  针对PM2.5的重要来源之一——汽车尾气排放,邵国胜带领团队研发出具有高效过滤功能的石墨烯布,解决尾气污染问题;一些减震、消音、消防、保温、电磁屏蔽等功能复合材料的研究都在逐步推进。目前,他积极投身建设石墨烯创新基地,以郑州新世纪材料基因组工程研究院作为研发中心,配套建设一个年产大于50吨的制造中心,形成辐射周边的应用产业链,实现就地生产、消化、应用,努力打造华中石墨烯科技产业基地。

  勤于专研 硕果累累

  当前,环境问题已经成为影响人类生活的重要问题,利用科技成果保护生态环境、造福人类生活也是邵国胜一直坚持的理念。对制造手机屏幕等的关键光电材料——透明导电氧化物薄膜,传统方法是使用锡掺杂的氧化铟(ITO)来制作,但铟不仅成本高,且在全球非常稀缺、濒临枯竭。邵国胜带领研究院通过材料基因组工程方法,以无铟透明导电氧化物取代现有的ITO材料,使光电器件和柔性光电器件摆脱对稀缺元素铟的依赖,建立了全新的材料产业链条,显著降低了制造成本。

  同时,郑州新世纪材料基因组工程研究院以无铟透明导电氧化物技术为依托,与英国PQL公司合作研发了新型远源、宽幅、高密度等离子体溅射技术装备,实现了镀膜工艺设计、生产线的兼容性设计,克服了目前主流磁控溅射技术的靶材利用率低、化学成分不均匀、镀膜速度低等主要技术缺陷。作为新一代的镀膜技术,远源高密度等离子体溅射系统将会取代磁控溅射技术,为我国薄膜材料以及新一代太阳能电池等的发展注入强大力量。

  邵国胜是学习偏重于应用的冶金、铸造专业出身,在后来转向理论探索时,能自觉地以应用为出发点研究理论;同时,用基础化学、基础物理指导应用,形成了理论与应用密切结合的闭环链条。传统的新材料研究方法大多基于试错法,先做实验,而后用理论加以解释,从设想到出成品再到完善,大约需要30年时间。

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邵国胜教授获得2016 黄河友谊奖,和河南省省长陈润儿合影留念,表彰其对河南经济发展、社会进步作出显著贡献

  在产学研用密切结合这一观念的指导下,邵国胜倡导“裁剪材料学”的研究理念,即根据应用需要设计材料,在应用导向的基础上,通过理论模拟计算来指导实验,就像裁缝量体裁衣,需要什么样的材料,就用相关理论去探路,缩窄试验范围,把先进实验、先进表征结合进来,加快材料的研究。这种研制方法从理论到材料成型大约只需要两三年的时间,大大缩短了研发周期,提高了材料研发效率。

  早在2013年,邵国胜牵头组建郑州大学中英纳米多功能材料联合研究中心。2015年,中心被科技部认定为国家级低碳环保材料国际联合研究中心。2016年,邵国胜建立郑州新世纪材料基因组工程研究院,作为郑州大学产学研基地,入驻中原智谷。该研究院以“低成本、资源丰富、绿色加工、取代稀缺材料资源”为核心发展思路,聚焦“以石墨烯、碳纤维、金刚石等为特色的先进碳材料”“纳米能源环保材料技术”及“光电薄膜材料和制造装备”三个主要领域,开展材料基因组工程研究及相关理论、实践成果的引进推广和应用。仅在成立后不到一年时间,研究院就被河南省认定为重大新型研发机构,代表河南省先进制造水平……

  “科研不能脱离实际,如果单纯为研究而研究,科研就偏离了正确方向。无论理论基础还是技术实践,最好的结果是理论结合技术应用发展,真正对社会进步产生作用。理想的科研工作就要通过独立的想法,做出系统的学术贡献和系统的应用贡献,实现知识从书架到货架上的转化。”接受采访时邵国胜对记者说,除了学术研究、技术开拓,他还肩负的另外一个重要任务就是为母校培养研究型人才队伍。在国外从事科研工作多年,平等的学术氛围、独立的学术精神、自由的学术空气一直是邵国胜推崇和倡导的,他高度认同柏拉图“吾爱吾师,吾更爱真理”的至理名言。