2013年春節(jié)前夕，一種隨意卷曲也不會(huì)影響使用效果的15英寸單層石墨烯，在中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院誕生，并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上，制備出7英寸柔性石墨烯觸摸屏。
新興的石墨烯觸摸屏，具有原材料獲取方便、制造成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、低碳環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)異的柔韌性更使其具有強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
而為這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣帶來(lái)曙光的一位主要成員，正是從“西部之光”博士資助項(xiàng)目中走出來(lái)的青年科學(xué)家、中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院副研究員李占成。
從理論走向?qū)嵺`
石墨烯是碳原子以sp2雜化組成的六角蜂巢狀結(jié)構(gòu)的二維晶體材料。在2004年之前，傳統(tǒng)理論認(rèn)為因?yàn)闊崃W(xué)的漲落，在三維的空間不可能獨(dú)立存在二維晶體材料。
英國(guó)兩位科學(xué)家通過(guò)用膠帶從石墨晶體上反復(fù)揭取，獲得了單原子層的石墨微片，這是第一次在實(shí)驗(yàn)上獲得石墨烯材料。這兩位科學(xué)家也因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯具有的優(yōu)異的力、熱、光、電等特性，為諸多領(lǐng)域帶來(lái)了革命性轉(zhuǎn)變。
在隨后的兩年里，全球迎來(lái)大面積制備石墨烯薄膜的高峰。李占成在博士期間的主要研究方向?yàn)?ldquo;高質(zhì)量石墨烯的可控制備”，他曾采用低溫下易分解的固態(tài)和液態(tài)碳源，制備出高質(zhì)量的石墨烯。
此時(shí)，中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院正積極探索政、產(chǎn)、學(xué)、研、用緊密結(jié)合的機(jī)制，面向世界科技發(fā)展前沿，積極部署石墨烯薄膜材料規(guī)�；苽浼爱a(chǎn)業(yè)化推廣研究方向。在團(tuán)隊(duì)組建初期，李占成加入了該團(tuán)隊(duì)，并成為石墨烯薄膜規(guī)�；苽涞暮诵墓歉沙蓡T之一。
在學(xué)校期間，李占成對(duì)石墨烯的研究主要基于石墨烯的制備機(jī)理，在石墨烯大面積制備及完整轉(zhuǎn)移方面并沒(méi)有十足的信心。因?yàn)殡S著生長(zhǎng)設(shè)備的增大，整個(gè)生長(zhǎng)腔內(nèi)的氣相動(dòng)力學(xué)分布將發(fā)生較大的變化。此外，將大面積的石墨烯完整、無(wú)損地轉(zhuǎn)移到另一個(gè)襯底上，就類(lèi)似于將一層足球場(chǎng)大的保鮮膜完整地轉(zhuǎn)移至另一個(gè)足球場(chǎng)，技術(shù)難度可想而知。
但李占成憑借豐富的研究經(jīng)驗(yàn)、細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，在2013年初成功制備出國(guó)內(nèi)首個(gè)15英寸大面積單層石墨烯薄膜，并將其完整轉(zhuǎn)移至柔性PET基底和硬質(zhì)二氧化硅基底。
幾乎在同一時(shí)間，李占成將轉(zhuǎn)移至PET基底上的石墨烯用作透明導(dǎo)電膜，成功制備出國(guó)內(nèi)首個(gè)7英寸石墨烯柔性電阻觸摸屏。上述兩項(xiàng)成果受到新華社、《科技日?qǐng)?bào)》《中國(guó)科學(xué)報(bào)》等媒體的廣泛報(bào)道，引起很大的社會(huì)反響。
從科研走向產(chǎn)業(yè)
在科研上取得進(jìn)展后，李占成所面臨的一個(gè)巨大難題是如何實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的產(chǎn)業(yè)化推廣。
科學(xué)研究和規(guī)模化生產(chǎn)是兩種完全不同的模式，對(duì)于一個(gè)剛從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)的研究人員而言，要在兩種模式之間切換的確有不小的難度�？茖W(xué)研究更注重結(jié)果是否存在，很少注重材料成本和成品率；而對(duì)于規(guī)�；a(chǎn)，產(chǎn)品成本、成品率及性能穩(wěn)定性就尤為重要，均需接受市場(chǎng)的考驗(yàn)，缺一不可。
為了盡快研發(fā)出適合工業(yè)規(guī)�；a(chǎn)的技術(shù)路線(xiàn)，李占成和研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常加班，刻苦攻關(guān)。功夫不負(fù)有心人，在沒(méi)有任何成熟技術(shù)和設(shè)備可參考的情況下，李占成帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在2013年底建成國(guó)際首條年產(chǎn)100萬(wàn)平方米石墨烯薄膜的中試生產(chǎn)線(xiàn)，并在隨后的一年里將整個(gè)石墨烯生產(chǎn)工藝進(jìn)行了更新，同時(shí)制定了核心原材料的訂購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，使石墨烯薄膜整體生產(chǎn)成本降低85%以上，而且薄膜整體性能也有極大的改善。
通過(guò)對(duì)石墨烯薄膜的產(chǎn)業(yè)化推廣，李占成對(duì)科學(xué)研究有了更深刻的認(rèn)識(shí)：一個(gè)出色的研究成果，不僅僅要有正確的研究方案、配套設(shè)備及可靠的材料，甚至研究過(guò)程中的細(xì)節(jié)都可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生決定性的影響。
他重新審核了自己之前的試驗(yàn)方案，并對(duì)配套設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)，對(duì)所用材料也進(jìn)行了純化處理。目前，單層石墨烯薄膜不摻雜的導(dǎo)電性能由最初的大于1000Ω/sq，可直接降至250±10%Ω/sq，且單層石墨烯薄膜樣品透光率、環(huán)境適應(yīng)性均有較大提升，項(xiàng)目研究成果直接在重慶墨�？萍加邢薰旧a(chǎn)線(xiàn)上得到應(yīng)用示范。
“西部之光”在政策和資金上給予李占成的支持，也推動(dòng)了他在石墨烯領(lǐng)域的研究工作。
“雖然這個(gè)項(xiàng)目?jī)H有10萬(wàn)元的經(jīng)費(fèi)支持，但對(duì)一個(gè)像我一樣剛走出學(xué)校來(lái)西部地區(qū)發(fā)展的青年科研工作者而言，無(wú)疑是雪中送炭。”李占成向《科學(xué)新聞》記者感嘆道。
在“西部之光”項(xiàng)目啟動(dòng)后，在石墨烯領(lǐng)域，李占成又先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目和橫向課題等項(xiàng)目的支持。目前，基于“西部之光”項(xiàng)目，李占成已發(fā)表論文3篇，申請(qǐng)國(guó)內(nèi)專(zhuān)利19個(gè)，授權(quán)專(zhuān)利7個(gè)。李占成作為核心成員參與的“大面積單層石墨烯薄膜生長(zhǎng)方法與規(guī)�；苽浼夹g(shù)”項(xiàng)目獲得2015年重慶市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)唯一一個(gè)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，作為核心人員參與的“基于石墨烯觸摸屏的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲2015年“吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。
未來(lái)，他也將繼續(xù)堅(jiān)守在石墨烯薄膜制備及其應(yīng)用推廣領(lǐng)域，力求在高品質(zhì)石墨烯的快速制備機(jī)理及其產(chǎn)業(yè)化推廣方面再上一個(gè)新臺(tái)階，讓在各個(gè)方面均表現(xiàn)出優(yōu)異性能的“全能”材料石墨烯真正走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)人們的日常生活。■