一位材料界大牛說過,在革命性新材料的具體應(yīng)用場景明晰之前,他不會做制備技術(shù)的研發(fā),因為從立項到項目成熟的周期太長、風險太大,公司承擔不起這么多不確定性。從公司發(fā)展的角度來看,他的話是對的。對于一位產(chǎn)品開發(fā)工程師,在了解了一款新材料的性能之后,第一個問題就是否能夠長期穩(wěn)定的供貨。生產(chǎn)端希望能看到明確的應(yīng)用場景后,再研發(fā)生產(chǎn);而應(yīng)用端希望性能穩(wěn)定、產(chǎn)量穩(wěn)定后,再去應(yīng)用。這是一個兩難的局面,而寧波材料所正在著力改變這種狀況。畢竟,對于具體技術(shù)而言,總是需要勇敢的破冰者。
汪偉很可能就是石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的破冰者。他在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)度過了9年時光,又在美國做了4年博士后,作為納米材料研究領(lǐng)域的一顆新星,正當可以在基礎(chǔ)研究大展身手的時候,他卻選擇離開發(fā)論文式的科研,毅然選擇了一個更有挑戰(zhàn)性、更有意義的科研方式——2012年他加入中科院寧波材料所,在劉兆平研究員的引導(dǎo)下,開始了他在石墨烯薄膜規(guī)?;苽浼夹g(shù)研發(fā)領(lǐng)域的新征程。
當問他為什么選擇去啃這塊硬骨頭的時候,他說:“我想做更能直接推動社會經(jīng)濟發(fā)展的東西,石墨烯薄膜是理想的柔性透明超薄導(dǎo)體,如果能夠低成本大批量穩(wěn)定制備出來,肯定會大有用武之地?!?
對于帶著諾貝爾獎光環(huán)的石墨烯,對于這種只有碳原子厚度的新材料,汪偉在一開始就選擇了其極致形態(tài)——單層石墨烯薄膜,在技術(shù)路徑中則選擇了全世界尚未能取得突破的卷對卷連續(xù)制備技術(shù)。汪偉知道,卷對卷技術(shù)具有批次穩(wěn)定性好、產(chǎn)能大的優(yōu)勢,是靜態(tài)制備技術(shù)無法比擬的。
彼時,國內(nèi)幾家石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化制備的先行者采用的都是靜態(tài)制備技術(shù),卷對卷制備技術(shù)還存在于概念之中,全球也僅有三兩個實驗室報道了卷對卷制備技術(shù),但就其結(jié)果來看,還只能算初級水平,遠達不到高產(chǎn)能、高穩(wěn)定性的理想狀態(tài)。沒有技術(shù)參考,更沒有相關(guān)的設(shè)備,僅有一個概念,這就是他當時面對的情況。
工欲善其事,必先利其器。無法采購到現(xiàn)成設(shè)備,就自己設(shè)計。他從卷對卷的概念出發(fā),在傳統(tǒng)的靜態(tài)CVD反應(yīng)爐的兩端,增加了一套收卷和放卷機構(gòu),形成了一臺簡易的卷對卷生長設(shè)備。在這臺設(shè)備上反復(fù)試驗和改進,摸清了卷對卷生長過程中的技術(shù)關(guān)鍵,2013年底實現(xiàn)了8厘米寬、100米長的石墨烯薄膜制備。接著是第二代卷對卷生長設(shè)備,解決了銅箔在近熔點下傳動的難題,2015年底又實現(xiàn)了20厘米寬幅、1000米長的石墨烯薄膜生長。2017年開始了第三代大寬幅卷對卷生長設(shè)備的設(shè)計,這是要解決高速生長的難題,目標是將生長速度提升到每分鐘10米左右。2017年底,新建的中試線運行起來了,順利地實現(xiàn)了50厘米寬幅千米級長度石墨烯薄膜的制備。
卷對卷生長難,卷對卷轉(zhuǎn)移更難!要將一個原子層厚度的石墨烯薄膜從銅基底上連續(xù)地轉(zhuǎn)移到柔性透明基底上,并保持其完整,其難度如同在刀尖上跳舞。從最初的用簡單的設(shè)備來驗證可行性,到第二代卷對卷轉(zhuǎn)移設(shè)備實現(xiàn)20厘米寬幅的低速轉(zhuǎn)移,再到第三代卷對卷轉(zhuǎn)移設(shè)備的50厘米寬幅,每分鐘數(shù)米的轉(zhuǎn)移。石墨烯的發(fā)現(xiàn)者之一、諾貝爾獎獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授在2018年底來實地參觀時,情不自禁地說了幾遍“so fast”、“impressive”。這是他對我們石墨烯卷對卷制備技術(shù)發(fā)自內(nèi)心的贊嘆!
技術(shù)上每一步前進,都是汪偉帶領(lǐng)團隊開展大量研發(fā)工作的結(jié)果。在石墨烯薄膜規(guī)?;苽浼夹g(shù)的研發(fā)過程中,汪偉帶出了一個涵蓋研究、技術(shù)、工藝、設(shè)備等各個環(huán)節(jié)的團隊。這個團隊從成立至今逐步壯大,發(fā)展過程中人員非常穩(wěn)定,確保了整個技術(shù)開發(fā)的有序前進。當問起他的團隊成員,為什么愿意不計時間、不計報酬加班加點地完成工作時,他們的回答都很簡單,因為佩服汪偉的學(xué)識、能力、人品,更因為在解決大大小小各種問題的時候,汪偉都和他們在一起。
記得在一次關(guān)鍵節(jié)點上,設(shè)備需要改造。汪偉和他的團隊一直工作到凌晨一點半,當他安排部分團隊成員下班后,他自己留下來進行了一次長達三個小時的實驗驗證。但遺憾的是其中仍有部分問題沒有徹底解決。第二天他和團隊又一起工作到凌晨兩點半,并在團隊成員回家之后自己又親自進行了一次三個小時的實驗驗證,才最終解決了問題,確保項目順利推進。
他盡心盡力,以身作則,鑄就了穩(wěn)定的團隊,而團隊的穩(wěn)定,確保了技術(shù)開發(fā)的順利進行。
他自己說過,其實對于有些細節(jié)問題,具體執(zhí)行人員更熟悉。但是他在現(xiàn)場一起參與討論和解決問題,一方面是用自己的邏輯幫大家抓住問題的重點,另一方面是給團隊成員信心,就像一面旗幟,帶領(lǐng)大家前進。
當石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化研發(fā)面對新的機遇和挑戰(zhàn)的時候,各種新的情況也在迎面撲來。團隊發(fā)展戰(zhàn)略的更新,與下游應(yīng)用企業(yè)的合作,設(shè)備再改造及技術(shù)路線優(yōu)化等等,每當面對新的挑戰(zhàn),他總是沖在最前面。
七年時間很長,他從無到有,通過各方面努力來設(shè)計研制設(shè)備、優(yōu)化性能、降低價格,使石墨烯薄膜逐漸走向小規(guī)模應(yīng)用,走向市場;七年光陰又很短,有很多技術(shù)細節(jié)仍需進一步精研,有很多設(shè)備細節(jié)仍需進一步磨合。但是在七年中,沒有改變的,是他踏踏實實、迎難而上的工作方式,是他為推動石墨烯薄膜產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用而奮斗的一份初心。

2013年,汪偉在工作中

2016年9月,汪偉與劉兆平首次攜帶石墨烯薄膜卷材參加展覽

石墨烯薄膜規(guī)?;苽浼夹g(shù)項目團隊
(動力鋰電實驗室 白曉航)
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