高超教授中流击水,潜心创新,筑梦烯美

“高瞻远瞩、烯美天下”。近日，《CarbontechMagazine》专访杭州高烯科技有限公司创始人、浙江大学教授高超老师，与高老师畅谈石墨烯材料的科学研究和应用发展。

高超，浙江大学求是特聘教授、博士生导师、高分子科学研究所所长。年，高超获得上海交通大学博士学位，师从我国著名高分子化学家颜德岳院士，留校任教，年8月被评为副教授。年11月至年8月，先后在英国Sussex大学化学系HaroldW.Kroto爵士（因发现C60获得年诺贝尔化学奖）、日本Toyo大学ToruMaekawa教授及德国Bayreuth大学AxelH.E.Müller教授课题组做访问学者和博士后研究。年加入浙江大学高分子系，担任教授、博士生导师。年创办杭州高烯科技有限公司，产学研协同发展，推进石墨烯原创硬科技产业化。

主要从事石墨烯化学与宏观组装等方面的研究，发明了石墨烯纤维、石墨烯柔性薄膜、石墨烯气凝胶、石墨烯无纺布、石墨烯/硅室温宽光谱光电探测器等原创成果。在Science、Nat.Electron.、Sci.Adv.、Nat.Commun.、Adv.Mater.等国际知名期刊发表学术论文余篇，连续五年入选科睿唯安全球“高被引科学家”。承担国家基金委重大、重点、杰青等科研项目十多项。授权中国发明专利两百余件、国际专利十余件，完成78项专利权转让。担任2DMaterials、AdvancedFiberMaterials、CarbonEnergy、Nano-MicroLetters及《中国科学：化学》等期刊编委。入选国家科技创新领军人才、“浙江省人才工程第一层次培养人员”、“AcademicianofAsia-PacificAcademyofMaterials(APAM)”，获得首届“钱宝钧纤维材料奖青年学者奖”、“GoldKangarooWorldInnovationAward”、“第十二届浙江省青年科技奖”、“年度浙江省自然科学奖一等奖”等奖励或荣誉。

主要学术成果有：1）发现氧化石墨烯液晶及其组装纤维的可逆融合与分裂现象；2）发明石墨烯纤维及其他宏观组装材料如连续组装薄膜、超轻气凝胶、石墨烯纤维无纺布；3）打通石墨烯的“料材器用”全产业链，实现了成果转化和航天列装重要应用。研究成果被Nature,NatureNews,ScientificAmerican等亮点评论，认为“实现了石墨烯在现实器件应用的关键一步”、“开辟了碳纤维制备的新途径”。石墨烯纤维结入选Nature年度图像。超轻气凝胶被Nature两次评论，获最轻固态材料吉尼斯世界纪录认证，授予GoldKangarooWorldInnovationAward，入选两院院士评选年中国十大科技进展新闻。

近年，石墨烯基二维材料的应用研究和产业化方兴未艾。在研究领域，起源于魔角石墨烯材料的扭曲电子学重磅成果迭出，在应用领域，基于石墨烯的散热膜、康护纤维、防腐涂料、电热膜、导电添加剂等重点领域和方向，市场及应用愈发明确，国内核心企业初具规模，一批单位获得国家专精特新小巨人企业称号。高校/科研院所、协会/联盟等行业单位和组织，积极参与推动建立和陆续发布石墨烯产品的一些标准工作成果。特别是“国家石墨烯创新中心”的获批组建，荟聚了国内外石墨烯研发及产业化的骨干单位余家，涵盖石墨烯产业链各个环节，积极推进了石墨烯在我国产业、经济和国家安全等若干重点领域关键技术的创新建设、扩散转移和商业化应用，助推我国石墨烯产业创新发展。依据和考量石墨烯的发展近况，我国的石墨烯研究和应用整体处于世界前列。

两“烯”一“芯”，潜心布局石墨烯应用新领域

高超老师研究团队在石墨烯材料领域获得过很多令人瞩目的创新性成果，高老师将团队的方向布局归结为两“烯”一“芯”。“两‘烯’，第一个‘烯’指‘烯料’，即单层氧化石墨烯原料，瞄准这一具体物质，基础研究做得更透、产品做得更好；第二个‘烯’是‘烯材’，就是石墨烯的宏观组装材料，包括纤维、薄膜、气凝胶等；‘芯’，就是石墨烯光电子芯片及器件。”高超老师介绍到。

高老师希望团队成员能志存高远，并持之以恒，亲切的将两“烯”一“芯”比作当代的“两弹一星”工程，“我跟同学们说，这是一个值得深入探索、长期坚守、奋力拼搏的方向”。“团队未来将围绕两‘烯’一‘芯’方向布局，进行科学、技术及产业的突破，而其中的核心主攻方向是石墨烯纤维。”

一根纤维，架起科学与产业的桥梁

石墨烯纤维是高超老师研究团队在年提出的概念。期间经过团队成员一系列的深入研究和探索揭示，机理不断明晰、性能不断提升。相关的产学研技术成果，正在由高烯科技（杭州高烯科技有限公司）进行落地转化和工程化推进。“所以我们是‘两条腿’走路，一方面是科学认识的加深，另一方面是工程难点的攻克，现在已经可以做到‘千丝’级。”高超老师说到。

实验室里面的科学研究，一般是对纺出的单根丝进行性能参数表征。“但是做工程，必须至少同时有1千根丝（1k）起步，且参数都要相对地均一，这对于我们科学家而言是比较困难的。经过这么多年的研发，我们在年突破了丝束技术，‘高导热-石墨烯基碳纤维’在‘（第九届）中国国际石墨烯创新大会’上全球首发，现在还处于工程化的早期阶段，今年希望能够建成中试线。有了中试线，就可以在工程上做进一步的突破，做到3k、10k，乃至更大丝束。”高超老师介绍到。

石墨烯纤维的优势是导热性能特别好，所以高烯科技推出的首款系列产品即是高导热石墨烯基碳纤维，对标产品是主要应用于导热领域的传统中间相沥青基碳纤维材料。“导热性能一般以美国K产品为代表，导热率可以做到~W/mk，但该类产品对中国是禁售的。目前，国内可以小规模生产W/mk左右热导率的产品，和国际上有很大差距。”高超老师说到。沥青基碳纤维是以沥青为原料，经过中间相提取、纺丝、碳化、石墨化的传统路线制造而得，脆性大，成本高，性能难以进一步提升。

高超老师团队石墨烯纤维打结图，

入选Nature杂志年度全球最具影响力图像之一。

“我们这款由石墨烯片堆叠起来的石墨烯纤维，因为原料本身的基元尺度很大，决定了做出的产品导热优势明显。”高超老师从技术层面介绍到。石墨烯纤维材料，实验室样品的热导率可以超过0W/mk，工程化产品也至少超过W/mk，导热率已经超过了国际上最好的传统沥青基碳纤维。“当然，做产品也要讲性价比，工艺路线的选择至关重要，我们采用了更简便的技术和工艺，产品有性价比优势，这样就会有广阔的市场前景。”高老师补充到。

石墨烯基碳纤维，图源：高烯科技

而从宏观层面讲，石墨烯纤维优势更加明显。传统的路线是从石油到沥青到碳纤维，或者石油到高分子（如PAN）再到碳纤维。“我们采用完全不一样的技术路线，从石墨到石墨烯到碳纤维，这是一种全新的、自主可控的技术路线，具有全链条自主知识产权和原创技术。”高超老师解释到。此外，石墨烯碳纤维在未来发展的潜力上也具有优势，比如导热、导电、模量及强度。理论计算表明，这些性能参数都会超越传统的技术路线产品。“石墨烯纤维的潜力很大，未来可以做成结构功能一体化的纤维材料。结构就是强度、模量等力学性能，功能就是导电、导热等特性集成。”高超老师说到。

伴随着优越的性能，技术难点亦是非常突出，比如前面所提到的丝束技术。“从1根到根，未来到1万根，这个技术是很难的。传统的碳纤维甚至已经做到了根（48k）。当然，突破万根就是属于技术迭代，后面难度相对就会低一些。最难的是从0到1，我们经过12年的摸索，丝束的工程化也积累了一些技术，获得了一些突破。”高超老师说到，“同时，做产品还需要稳定制备，这是一个包括传统碳纤维同样都会面临的问题。如果没有多年的积累，很难解决这个难点。丝束的均一性、制备稳定性，既要有科学方法的突破，也要有工程技术的突破。”

躬行践履，打通石墨烯原创硬科技产业化之路

敢于突破科研惯性，使得高超老师在石墨烯材料宏观组装领域重磅成果脱颖频出，经典工作频频登上顶级期刊，其中最令人瞩目的是被称为石墨烯宏观组装的四大发明：石墨烯纤维、石墨烯无纺布、石墨烯连续组装膜、石墨烯气凝胶。然而，高超老师并不满足于此，他身上有着自己的使命感和责任感，那就是推动石墨烯宏观组装材料的产业化。“科学家创业的出发点或者使命，绝不是单纯为了赚钱，而是要通过成果的转化，证明科学研究有真正的价值。其次通过原创技术贡献，为这个行业健康发展起到一个标杆引领作用。最后，要通过产品的持续创新力推动社会进步、提高人民生活水平乃至促进人类文明。”高超老师在接受“高分子科学前沿”的采访时说到。

一些观点认为，高校老师的任务就是做好科研不适合去创业，产业化应该由别人去做，这无关对错，只是理解不同。诗云：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。这正好契合了高超老师的理念，他认为做新材料必须要走向应用。“如果我们做研究的都不去做产业化，谁都不迈出这一步，不做0到1的工作，请问这个材料怎么才能走出实验室走向应用？”。高超老师说到。

这个产业化的时间跨度和路程会很长，缩短转化周期便成了努力的关键点。“如果你不亲自去做，你就不知道哪里有问题，我认为做石墨烯新材料，没有应用是没有大前途的。如果都不去做应用，经过十年以后，可能这个学术方向就会没落，这意味着我们所有的前期研究可能将归零。”高超老师说到，“相反，如果有人迈出了第一步，把这个应用方向打开，那未来就会有第N个人加入进来，研究生毕业了就可以继续从事产业化的工作，培养一批石墨烯创业及产业人才，整个方向就活跃起来，学术研究、产业应用都会蓬勃发展，人类文明也相应的进步了。”

同时，高超老师认为科研院所和企业的定位要明确，既要合作，也要分工。“从科研的角度，高校和科研院所要做好基础研究和模型验证；而企业是要根据市场，找准需求、突破技术、稳定生产和提供高性价比/高价值的产品，不能本末倒置和模糊。”高超老师解释道，“如果要把中间转化涉及各个环节的桥梁和链条逐步打通，需要有一批人实现跨界，既要做科学家，又要做企业家。有了第一个跨界的人，大家就能互通有无、互相理解、协同前进，最终打通某个具体成果的科学、技术、工程、装备、控制、产品六大环节，把论文成果转变为有竞争力的产品”。

高超老师团队，一直秉持着一个初心，就是要打通石墨烯原创硬科技产业化之路。近期，以石墨烯纤维发展历程为例，高超老师在综述文章中首次提出了石墨烯产业化“IPI”路线图新观点。“IPI”，就是从科学到产业需要经历的几个阶段，第一阶段“ItoP，IdeatoPaper”，是原创科学，指拥有首个原创想法并发表首篇论文成果，是让人知道这个想法并可以继承发展下来；第二阶段“PtoP，PapertoPaper”，是深化科学认知，有了原创的第1篇启发，就有一个小方向，后续会继续做更好更优的系列研究；第三阶段“PtoI，PapertoIndustry”，是成果转化，以大量科学研究为基础，把有产业化前景的部分抽出来转向变成产品，服务社会。这就是“IPI”的几个阶段。

图源：《Areviewongrapheneoxide:2Dcolloidalmolecule,fluidphysicsandmacroscopicmaterials》,AppliedPhysicsReviews,DOI:10./5.

可预见的是，随着科学研究深入和商业市场反馈，我们有望看到石墨烯产业从“P”到“I”阶段的过渡，包括从科学、技术到工程的三个阶段。一系列最先进的应用，如高性能新型碳基纤维、先进航空航天热管理材料、轻质柔性能源装备和医疗传感器件等，经历了积极的探索和转化，已取得了一些重大的进展。预计在不久的将来，石墨烯材料将以新一代精密电子产品、高性能复合材料和可穿戴纺织品等形式积极融入到人们日常生活中，为全人类的福祉掀起新一轮碳材料潮流。

高超老师从事碳材料研究已经有20余年，石墨烯研究更有15年时间，而做产学研也近10年。“这么多年的研发探索积累，从烧瓶到吨级反应釜，高烯科技打造了一个“”产品体系。”高超老师介绍到。“1”是一片原料，就是单层氧化石墨烯。第一个“2”是两根纤维，第一根纤维就是复合纤维，是把氧化石墨烯加到化纤里，做成康护纤维或多功能复合纤维；第二根纤维就是石墨烯基碳纤维。第二个“2”，是指两张膜，第一张是散热膜，产品已经在航天上得到应用，民用也在切入中；第二张是发热膜，高烯科技的高柔性石墨烯发热膜已在汽车及电热产品中规模化应用。

高烯科技基于单层氧化石墨烯原料，攻克了系列技术难题，制备出石墨烯多功能复合纤维。纤维手感柔软细腻，适合制造如内衣、塑身衣、瑜伽服等各类贴身衣物。年，高烯科技就推出了“烯凤凰”（现商标名为希凤凰?）石墨烯终端用户产品，如石墨烯远红外光波毯、石墨烯多功能纤维袜子、被子等，用黑科技打造健康美好生活，让石墨烯走进千家万户，产品颇受消费者们的青睐。

石墨烯系列产品，图源：高烯科技

高烯科技已经形成了管理、技术和生产相对比较齐全完备的团队。企业和产品也先后获得“国家高新技术企业”、“专精特新小巨人”、入选中国市场黑科技Top50、打破欧美垄断的35个核心技术等一系列荣誉和称号。“我们创业团队有两名博士联合创始人，一支合适的创业团队非常重要，这也是我们创业成功的主要因素。”高超老师说到。

年6月6日，高烯科技荣获IGCC全球首个单层氧化石墨烯及石墨烯复合功能纤维认证证书，向石墨烯产业化迈进了一大步。

做好科研或者仅仅做好创业都不容易，而把这两者都要做好，更是难上加难。“个人的经历和能力都是有限的，既要做好创新，又要做好创业，能够将两者比较好的平衡起来关键是要靠团队。”高超老师说道，“组建好科研及创业两支团队，科研做最前沿的研究，创业做高性价比的产品，各自要定位明确，目标清晰”。

石墨烯纤维团队合影，图源：高烯科技

“相信团队，依靠团队，壮大团队，引领团队，共享团队”这是高超老师关于团队创建、运行和管理的箴言心得。“首先，组建起来的队伍你要相信团队并放权，不能事事都要亲力亲为。第二，有困难了，大家一起想办法解决，有突破的方向，组织团队一起继续攻坚。第三，团队发展壮大，解决问题的能力和力量就越强。像我们的科研团队，发展至今将近50人，企业也是从开始的几个人，慢慢扩充到现在的多人。第四，作为团队负责人，要引领团队发展方向和引导解决思想问题，方向在哪里？遇到困难和问题怎么解决？如何走出低谷？团队小伙伴出现思想问题如何引导解决？第五，所有荣誉和成果的共享，是团队能够壮大、发展、团结和向前的一个根本所在。”高超老师解释到。

杭州高烯科技有限公司是国家级专精特新“小巨人”企业、国家高新技术企业、国家石墨烯创新中心股东企业，创建于年，注册资本6万元，研发中心0平米。公司秉承首创（First）、极致（Best）、使命（Most）“3T”经营理念，致力于单层氧化石墨烯及其宏观组装材料的研发、生产及技术服务。

公司科研实力雄厚，三十几名专职研发人员均来自国内外知名高校，拥有中国发明专利余项、国际发明专利20项、省级工业新产品10余个。成功开发出“一片原料两根纤维”（即单层氧化石墨烯、石墨烯多功能复合纤维、石墨烯基碳纤维）为核心、石墨烯电热膜及散热膜为重要应用的石墨烯产业链技术。

技术指标国际领先，应用前景广阔。获得国际石墨烯产品认证中心(IGCC)全球首个单层氧化石墨烯、单层氧化石墨烯改性功能纤维尼龙6产品认证证书。单层氧化石墨烯改性功能纤维荣获石墨烯联盟全球“年度最佳石墨烯产品创新奖”（石墨烯奥斯卡奖）；单层氧化石墨烯技术成果入选“-年度中国市场黑科技TOP50”榜单，紧跟航天、华为、龙芯之后位居第六位！

为了加快推进石墨烯复合纤维的全生态发展，高烯科技联合业内权威专家、科研院所、龙头企业，共同成立了石墨烯多功能复合纤维共同体研究院，助力纤维强国、科技强国。于年注册成立了民办非企业单位--杭州市余杭区东明石墨烯研究院，聚焦石墨烯产业核心技术、推动石墨烯成果转化及产业化。目前，高烯科技正推动建立高烯联盟，与产业链企业共享其原创技术及知识产权，带动大家一起高质量发展，共同致富，逐梦蓝海，助力中国式现代化建设。

责任使命，注解创新创业中的体会与感受

习近平总书记提出的“坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”的“四个面向”，为我国推动创新驱动发展、加快科技创新步伐指明了方向，激励着广大科学家和科技工作者肩负起历史责任，不断向科学技术广度和深度进军，为创新发展提供了强有力的导航指引。

“科技成果转化是一个艰难的过程，对于一些偏原创性的成果更加难，创业道路时刻伴随着艰难险阻。但是从创新到创业这条路我们这一代人必须要走通，这是我们的使命，不管它有多艰难。”高超老师说到，“我们处在一个伟大而美好的时代，从国家到地方都在鼓励创新、鼓励原创、鼓励科创。有了这种创新创业的大好氛围和一致认识，会使我们的困难大大降低”。

“梦之所引，虽远必达；志之所趋，虽艰必克。”高超老师经常这样鼓励自己。而在通往成功创业的路上，高超老师也有比较深刻的体验和感受，家庭的支持和团队的道合就是他认为最重要的坚强后盾。“第一，家庭的支持应该说是最关键的。如果家庭不支持你创业，今后一旦遇到困难，你的内心就会崩溃，工作进展就会比较困难，我很感谢家人对我的支持！”高超老师说到，“第二，创新和创业的两支团队大家基本上要是一路人，是一个志同道合的团队。第三，要量力而行，创业尤其如此，资金不够的时候还是要慢一点，不要把摊子铺得太大，自己有多大力气，干多少活。第四，坚守初心，因为创业的道路充满艰险和诱惑，遇到难关，深入理解我们的使命，会使自己清醒；遇到诱惑，思考一下我们的初心，会使自己冷静。守住初心，知道我们想要的是什么，才能够坚定地坚持把这条路走下去。”

高超老师认为创新需要有不同的层次，可以是原始创新，可以是技术革新，也可以是产品的升级迭代。特别是产品创新，有时候是不需要大的创新，一些小的革新、性能优化也是创新。“当然，我们做自然科学，强调要多做硬科技创新。比如最近比较火的ChatGPT，前些时间的AlphaGo等，都需要人们强大的智慧注入，他们都算是硬科技的大创新，我们尤其要

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