碳材料，與我們的生活緊密相關(guān)，小到筆芯里的碳素墨水，大到國(guó)防軍工設(shè)備的碳纖維結(jié)構(gòu)材料，都離不開(kāi)它。碳材料又古老又年輕，遠(yuǎn)古時(shí)期，炭就被用來(lái)取暖與烹飪，而千萬(wàn)年后的今天，碳材料仍被人津津樂(lè)道，每一個(gè)新型碳單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，都會(huì)成為學(xué)界為之一振：金剛石的人工合成、石墨層間化合物的深入研究到富勒烯、碳納米管、石墨烯的發(fā)現(xiàn)都取得了令人矚目的成就。21世紀(jì)，也被許多人稱(chēng)為“超碳時(shí)代”。

在溫州，也有這樣一座重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在碳材料研究的舞臺(tái)閃爍著耀目的光彩。

浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，依托于溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，以溫州市新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及溫州市制筆行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，自2012年9月獲批成立以來(lái)，一直在學(xué)科研究與人才培養(yǎng)領(lǐng)域辛勤耕耘，收獲了累累碩果。

師生合著的學(xué)術(shù)論文頻現(xiàn)于國(guó)際權(quán)威期刊；各級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)與專(zhuān)利證書(shū)不斷涌現(xiàn)；一批批溫大學(xué)子從這里揚(yáng)帆起航；一步一步走向?qū)I(yè)領(lǐng)域的“弄潮兒”……這座重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)究竟是如何摘得累累碩果的呢？近日，記者來(lái)到坐落于溫州大學(xué)學(xué)院路校區(qū)內(nèi)的浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，一探新型碳材料的獨(dú)特魅力，與“有溫度”的人才培養(yǎng)模式。

“從1到99”的不懈努力

2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，頒給了英國(guó)物理學(xué)家蓋姆和諾奧肖洛夫，以表彰他們對(duì)石墨烯的發(fā)現(xiàn)與研究。浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人楊植教授告訴記者：“在碳材料研究領(lǐng)域，一項(xiàng)碳材料單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)都是一項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)級(jí)別的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

如果將新碳材料單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)看作“從0到1”的突破，將其真正將這種新材料投入應(yīng)用生產(chǎn)，發(fā)揮出巨大產(chǎn)業(yè)價(jià)值就好比實(shí)現(xiàn)了從“從99到100”的跨越，那么從0到1，和從1到99的過(guò)程就顯得更為漫長(zhǎng)而挑戰(zhàn)重重——而這正是這座重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的聚焦之處。

浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自成立以來(lái)，一直致力于創(chuàng)建促進(jìn)原始創(chuàng)新基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)相結(jié)合的綜合平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室以微納結(jié)構(gòu)碳材料與碳素材料為主要研究方向，由點(diǎn)入面，將生活中方方面面的碳材料研究進(jìn)一步深化。

在實(shí)驗(yàn)室的努力下，小小的一支筆里就蘊(yùn)藏著眾多奧秘，針對(duì)制筆行業(yè)面對(duì)的墨水保濕性和書(shū)寫(xiě)流暢度等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室對(duì)于碳色素墨水關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化做了大量研究，其中包括墨水專(zhuān)用染料和顏料的開(kāi)發(fā)、墨水專(zhuān)用色漿制造技術(shù)、中性、水性和中油性墨水研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化研究，由實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)制造的碳色素墨水，其黑度與穩(wěn)定性都較高，配合筆頭與墨水匹配技術(shù)的深入研發(fā)，帶給消費(fèi)者更為流暢、順滑的書(shū)寫(xiě)體驗(yàn)。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還致力于碳色素材料及相關(guān)產(chǎn)品的檢測(cè)工作，建立符合國(guó)際慣例的碳色素材料及相關(guān)產(chǎn)品的檢測(cè)體系，與溫州大學(xué)制筆重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，提升制筆的質(zhì)量與水平，讓關(guān)鍵技術(shù)走入更多企業(yè)，讓檢測(cè)體系為更多產(chǎn)品服務(wù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。

而在納米結(jié)構(gòu)碳材料方面，實(shí)驗(yàn)室研究了多種納米級(jí)碳材料，在微觀(guān)的世界發(fā)掘碳材料的無(wú)限光彩。時(shí)下大熱門(mén)的碳材料石墨烯就是實(shí)驗(yàn)室關(guān)注的對(duì)象之一，對(duì)其化學(xué)合成、結(jié)構(gòu)及性能，進(jìn)行不斷的探索與研究。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。實(shí)驗(yàn)室從石墨烯的特性出發(fā)，對(duì)它作為能源材料領(lǐng)域與新型快速止血材料等應(yīng)用方面做了深入研究，深挖其“從1到99的”無(wú)限可能。對(duì)于碳量子點(diǎn)的研究，實(shí)驗(yàn)室關(guān)注碳量子點(diǎn)的合成、發(fā)光性能等，納米級(jí)的碳量子點(diǎn)“體型”雖小，還在細(xì)胞成像和生物標(biāo)記等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，備受實(shí)驗(yàn)室研究矚目。

納米結(jié)構(gòu)碳材料的研究，應(yīng)用于能源領(lǐng)域，會(huì)為我們的生活帶來(lái)了更多驚喜。電視廣告上時(shí)常出現(xiàn)的廣告詞“充電五分鐘，通話(huà)兩小時(shí)”，正因?yàn)橛刑技{米管等納米結(jié)構(gòu)碳材料的加入才成為可能。實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)軍人物楊植教授等針對(duì)當(dāng)前鋰硫電池、燃料電池、電催化等領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題，以納米結(jié)構(gòu)碳材料為研究對(duì)象展開(kāi)系統(tǒng)研究，取得了系列創(chuàng)新性成果。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并發(fā)展了多種碳/硫/氧化物（或硫化物、碳化物、氮化物、有機(jī)小分子等）多功能復(fù)合電極，及石墨烯復(fù)合插層膜，大幅度提高了鋰硫電池的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性；提出并發(fā)展的“犧牲對(duì)電極法”、“同步氧化還原電沉積法”、“霧化乙醇輔助滲透熱解法”等，實(shí)現(xiàn)了多種金屬氧化物、硫化物、磷化物在納米碳上的均勻、深度復(fù)合，相關(guān)材料在氧還原、氧析出、氫析出等領(lǐng)域展現(xiàn)了好的應(yīng)用前景。碳納米管，仿佛一根天然的納米電線(xiàn)，不但成本低廉，且性能優(yōu)異，大大縮短電池充電所需要的時(shí)間，且續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)，性?xún)r(jià)比極高。

浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室多樣的研究成果，屢次發(fā)表于化學(xué)、材料等學(xué)科著名刊物《Advanced Materials》、《JACS》、《Adv. Energy. Mater.》、《Advanced Science》等，多次成為“封面論文”，在全球?qū)W界引發(fā)關(guān)注與熱議。實(shí)驗(yàn)室成員作為骨干力量參與到“十一五”浙江省重中之重有機(jī)化學(xué)與皮革化工學(xué)科的建設(shè)工作和“十二五”浙江省重中之重化學(xué)學(xué)科的建設(shè)工作。近年來(lái)，溫州大學(xué)化學(xué)和材料科學(xué)兩個(gè)學(xué)科ESI（Essential Science Indicators，基本科學(xué)指標(biāo)庫(kù)）排名相繼進(jìn)入全球大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的前1%。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室成員發(fā)表的多篇論文進(jìn)入到ESI高引和熱點(diǎn)論文。

探秘納米碳材料

新型多級(jí)孔碳微球、新型三維多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯、單壁納米管、雜原子摻雜石墨烯……這些多種多樣的納米結(jié)構(gòu)碳材料，究竟是如何被“制作”出來(lái)的呢？合成納米碳材料的方式多種多樣，其中最為常見(jiàn)的就是用“高溫爐”“燒”出來(lái)。在浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大樓內(nèi)，有一間實(shí)驗(yàn)室中擺放著各種“爐子”，它們中最大的有一人多高，小的則體型大小如普通鍋爐，但卻“八仙過(guò)海，各顯神通”。其中，最大的一只“爐子”最高溫度可以達(dá)到3000攝氏度，在許多金屬都已熔化甚至汽化的情況下，來(lái)給碳材料加溫加壓；還有的“爐子”可以定點(diǎn)加溫，一段材料的不同位置可以加溫至不同溫度。那么，燒制出來(lái)的納米級(jí)碳材料究竟性能如何呢？我們的肉眼并不能直觀(guān)地看到納米結(jié)構(gòu)，但是卻有更加精密的儀器可以成為學(xué)者們的“眼睛”。實(shí)驗(yàn)室里價(jià)值百萬(wàn)的超高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡就是這樣一雙眼睛，這個(gè)“大塊頭”占據(jù)著大半間房，卻有一顆“細(xì)膩的心”，它仔細(xì)地“觀(guān)察”著納米碳材料，并將材料的表面“描繪”出來(lái)傳至計(jì)算機(jī)的屏幕。另一臺(tái)透射式電子顯微鏡則“看”得更加徹底，給納米級(jí)的碳材料做一個(gè)全身的“X光掃描”，透過(guò)表層來(lái)“看”內(nèi)在。

單靠眼睛去看還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，實(shí)驗(yàn)室中的比表面孔徑測(cè)定儀、化學(xué)吸附儀等還能變成研究者的雙手，去“觸摸”納米碳材料的表面，并給出精確的數(shù)據(jù)。這些機(jī)器可以用來(lái)測(cè)出碳材料的體表面積與孔徑分布，有了它，納米碳材料的表面有多少個(gè)孔、孔徑大小、如何分布、每個(gè)孔所占的份量多少等信息，都能一目了然。

除了在常溫下觀(guān)察，實(shí)驗(yàn)室中放電等離子燒結(jié)爐（SPS），能利用強(qiáng)電流的脈沖電源來(lái)激發(fā)和促進(jìn)材料的固結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)過(guò)程，能最大程度的縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間及能耗，同時(shí)又完美的保持了材料的微納結(jié)構(gòu)。

在浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中，還有許多這樣的設(shè)備儀器，它們各自發(fā)揮著各自的所長(zhǎng)，探索每一種碳材料結(jié)構(gòu)的特質(zhì)，讓材料研究的道路走得更深、更遠(yuǎn)。截止2018年9月，實(shí)驗(yàn)室成員獲2015年教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果（自然科學(xué)）二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲2012年、2013年浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲“十一五”浙江省優(yōu)秀自然科學(xué)基金優(yōu)秀項(xiàng)目3項(xiàng)，“十一五”浙江省自然科學(xué)基金優(yōu)秀論文3篇，溫州市科學(xué)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)1項(xiàng)、溫州市科技進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)施也被利用于服務(wù)地方，讓實(shí)驗(yàn)室得以讓學(xué)術(shù)發(fā)展與社會(huì)責(zé)任并重。

“有溫度”的人才培養(yǎng)模式

在參觀(guān)過(guò)程中，記者發(fā)現(xiàn)，這些高端精密且價(jià)格高昂的設(shè)備儀器的操作者，多是些勇于探索的學(xué)生。他們站在操作臺(tái)旁，有的披著白色大褂，操作起來(lái)有板有眼，專(zhuān)業(yè)十足。這與浙江省碳材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的育人理念息息相關(guān)：注重發(fā)掘?qū)W生的興趣所在，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新精神。平日里，無(wú)論是本科生還是研究所，學(xué)生們都在經(jīng)過(guò)申請(qǐng)、培訓(xùn)后，自由地進(jìn)出各間實(shí)驗(yàn)室，在接受過(guò)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備使用操作規(guī)范的培訓(xùn)后，讓這些儀器設(shè)備真正地為自己所用，為自己的課題所服務(wù)，在動(dòng)手實(shí)踐中不斷探索與超越。

與此同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)室與地方產(chǎn)業(yè)緊密的合作關(guān)系，也為學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)造出更廣闊的平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)室建立“雙導(dǎo)師制”，讓更多學(xué)生有機(jī)會(huì)前往企業(yè)，在生產(chǎn)與應(yīng)用第一線(xiàn)將自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)與所具備的技能運(yùn)用起來(lái)，同時(shí)也成為實(shí)驗(yàn)室與本地企業(yè)相聯(lián)系的紐帶，將企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)踐中所遇到的問(wèn)題帶回來(lái)，讓實(shí)驗(yàn)室能夠真真正正做落地的科學(xué)研究，更好地為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)與地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)。

在實(shí)驗(yàn)室大樓的會(huì)議室中，擺放著一本本年度工作報(bào)告，將一年的工作與研究成果被匯編成冊(cè)，來(lái)者可以清晰地看到，工作報(bào)告的厚度是逐年遞增的，也就代表了實(shí)驗(yàn)室的不斷自我超越。翻開(kāi)歷年的工作報(bào)告，可以閱讀到歷年發(fā)表在學(xué)科權(quán)威刊物上的文章，許多都是導(dǎo)師與學(xué)生聯(lián)合署名，可見(jiàn)學(xué)生在這支科研團(tuán)隊(duì)中所發(fā)揮的重要作用，展現(xiàn)出“學(xué)生寫(xiě)，教授改”這一模式取得的卓絕成效。

“許多考上我們研究生的學(xué)生，本科也非名校，可以說(shuō)起點(diǎn)并不是那么高，”實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人楊植教授說(shuō)，“但經(jīng)過(guò)在這里研究生階段的學(xué)習(xí)，畢業(yè)后也能在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域獨(dú)擋一面，甚至成為各大高校搶手的博士生。”這樣的變化，離不開(kāi)專(zhuān)業(yè)化、高標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)過(guò)程，也離不開(kāi)“有溫度”的教育。

來(lái)到溫州大學(xué)的校園之初，這批研究生也面臨著和許多同齡人一樣的迷茫，楊植教授回憶起自己擔(dān)任碩導(dǎo)時(shí)所帶的第一位學(xué)生，在研究生階段之初，也不知道自己“路在何方”，身為導(dǎo)師的楊教授不但時(shí)常給與鼓勵(lì)與幫助，親力親為，手把手地指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)、做課題，還在注重實(shí)踐應(yīng)用與興趣所在的同時(shí)，帶著他參加各類(lèi)高端學(xué)術(shù)會(huì)議、閱讀前沿文獻(xiàn)，讓他領(lǐng)略“外面的世界”，也能找準(zhǔn)自身的定位。在專(zhuān)業(yè)能力不斷提升的基礎(chǔ)上，碩士研究生學(xué)習(xí)期間，這位學(xué)生就已經(jīng)在國(guó)際學(xué)科頂尖刊物《Advanced Materials》上與導(dǎo)師合著，發(fā)表了多篇文章。這位學(xué)生從溫州大學(xué)畢業(yè)后，就讀博士期間，依然與導(dǎo)師保持密切聯(lián)系，合著發(fā)表多篇文章，2019年，在博士剛畢業(yè)的情況下，年紀(jì)輕輕就已獲得在一所國(guó)內(nèi)高校直接擔(dān)任教授的Offer。這位學(xué)生的發(fā)展之路，讓實(shí)驗(yàn)室的眾多師生都頗感驕傲，也讓我們以小見(jiàn)大，看到這種培育模式所帶來(lái)的無(wú)限可能性。

在實(shí)驗(yàn)室大樓的一間試驗(yàn)室里，墻上掛滿(mǎn)了歷屆研究生所發(fā)表的學(xué)科論文，用以激勵(lì)新一批學(xué)生，而實(shí)驗(yàn)室里所一直沿用的由研究生助力本科生學(xué)習(xí)的方式，也取得了不錯(cuò)的成效。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)期內(nèi)，共獲得浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）22項(xiàng)，學(xué)科競(jìng)賽共獲省級(jí)及以上獎(jiǎng)項(xiàng)9項(xiàng)，在“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中也屢次斬獲佳績(jī)。