碳材料，與我們的生活緊密相關(guān)，小到筆芯里的碳素墨水，大到國防軍工設(shè)備的碳纖維結(jié)構(gòu)材料，都離不開它。碳材料又古老又年輕，遠古時期，炭就被用來取暖與烹飪，而千萬年后的今天，碳材料仍被人津津樂道，每一個新型碳單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，都會成為學界為之一振：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，也被許多人稱為“超碳時代”。

在溫州，也有這樣一座重點實驗室，在碳材料研究的舞臺閃爍著耀目的光彩。

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

師生合著的學術(shù)論文頻現(xiàn)于國際權(quán)威期刊；各級獎項與專利證書不斷涌現(xiàn)；一批批溫大學子從這里揚帆起航；一步一步走向?qū)I(yè)領(lǐng)域的“弄潮兒”……這座重點實驗究竟是如何摘得累累碩果的呢？近日，記者來到坐落于溫州大學學院路校區(qū)內(nèi)的浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室，一探新型碳材料的獨特魅力，與“有溫度”的人才培養(yǎng)模式。

“從1到99”的不懈努力

2010年的諾貝爾物理學獎，頒給了英國物理學家蓋姆和諾奧肖洛夫，以表彰他們對石墨烯的發(fā)現(xiàn)與研究。浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室負責人楊植教授告訴記者：“在碳材料研究領(lǐng)域，一項碳材料單質(zhì)的發(fā)現(xiàn)都是一項諾貝爾獎項級別的發(fā)現(xiàn)。”

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)價值就好比實現(xiàn)了從“從99到100”的跨越，那么從0到1，和從1到99的過程就顯得更為漫長而挑戰(zhàn)重重——而這正是這座重點實驗室的聚焦之處。

浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室自成立以來，一直致力于創(chuàng)建促進原始創(chuàng)新基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)相結(jié)合的綜合平臺。實驗室以微納結(jié)構(gòu)碳材料與碳素材料為主要研究方向，由點入面，將生活中方方面面的碳材料研究進一步深化。

在實驗室的努力下，小小的一支筆里就蘊藏著眾多奧秘，針對制筆行業(yè)面對的墨水保濕性和書寫流暢度等問題，實驗室對于碳色素墨水關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化做了大量研究，其中包括墨水專用染料和顏料的開發(fā)、墨水專用色漿制造技術(shù)、中性、水性和中油性墨水研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化研究，由實驗室改進制造的碳色素墨水，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)，帶給消費者更為流暢、順滑的書寫體驗。與此同時，實驗室還致力于碳色素材料及相關(guān)產(chǎn)品的檢測工作，建立符合國際慣例的碳色素材料及相關(guān)產(chǎn)品的檢測體系，與溫州大學制筆重點實驗室合作，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)，讓檢測體系為更多產(chǎn)品服務(wù)，實現(xiàn)產(chǎn)教融合。

而在納米結(jié)構(gòu)碳材料方面，實驗室研究了多種納米級碳材料，在微觀的世界發(fā)掘碳材料的無限光彩。時下大熱門的碳材料石墨烯就是實驗室關(guān)注的對象之一，對其化學合成、結(jié)構(gòu)及性能，進行不斷的探索與研究。石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認為是一種未來革命性的材料。實驗室從石墨烯的特性出發(fā)，對它作為能源材料領(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”無限可能。對于碳量子點的研究，實驗室關(guān)注碳量子點的合成、發(fā)光性能等，納米級的碳量子點“體型”雖小，還在細胞成像和生物標記等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，備受實驗室研究矚目。

納米結(jié)構(gòu)碳材料的研究，應(yīng)用于能源領(lǐng)域，會為我們的生活帶來了更多驚喜。電視廣告上時常出現(xiàn)的廣告詞“充電五分鐘，通話兩小時”，正因為有碳納米管等納米結(jié)構(gòu)碳材料的加入才成為可能。實驗室領(lǐng)軍人物楊植教授等針對當前鋰硫電池、燃料電池、電催化等領(lǐng)域的關(guān)鍵科學和技術(shù)難題，以納米結(jié)構(gòu)碳材料為研究對象展開系統(tǒng)研究，取得了系列創(chuàng)新性成果。團隊設(shè)計并發(fā)展了多種碳/硫/氧化物（或硫化物、碳化物、氮化物、有機小分子等）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，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間，且續(xù)航時間更長，性價比極高。

浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室多樣的研究成果，屢次發(fā)表于化學、材料等學科著名刊物《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。實驗室成員作為骨干力量參與到“十一五”浙江省重中之重有機化學與皮革化工學科的建設(shè)工作和“十二五”浙江省重中之重化學學科的建設(shè)工作。近年來，溫州大學化學和材料科學兩個學科ESI（Essential Science Indicators，基本科學指標庫）排名相繼進入全球大學和科研機構(gòu)的前1%。同時，實驗室成員發(fā)表的多篇論文進入到ESI高引和熱點論文。

探秘納米碳材料

新型多級孔碳微球、新型三維多級結(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”出來的呢？合成納米碳材料的方式多種多樣，其中最為常見的就是用“高溫爐”“燒”出來。在浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室的大樓內(nèi)，有一間實驗室中擺放著各種“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“八仙過海，各顯神通”。其中，最大的一只“爐子”最高溫度可以達到3000攝氏度，在許多金屬都已熔化甚至汽化的情況下，來給碳材料加溫加壓；還有的“爐子”可以定點加溫，一段材料的不同位置可以加溫至不同溫度。那么，燒制出來的納米級碳材料究竟性能如何呢？我們的肉眼并不能直觀地看到納米結(jié)構(gòu)，但是卻有更加精密的儀器可以成為學者們的“眼睛”。實驗室里價值百萬的超高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡就是這樣一雙眼睛，這個“大塊頭”占據(jù)著大半間房，卻有一顆“細膩的心”，它仔細地“觀察”著納米碳材料，并將材料的表面“描繪”出來傳至計算機的屏幕。另一臺透射式電子顯微鏡則“看”得更加徹底，給納米級的碳材料做一個全身的“X光掃描”，透過表層來“看”內(nèi)在。

單靠眼睛去看還遠遠不夠，實驗室中的比表面孔徑測定儀、化學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)。這些機器可以用來測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孔、孔徑大小、如何分布、每個孔所占的份量多少等信息，都能一目了然。

除了在常溫下觀察，實驗室中放電等離子燒結(jié)爐（SPS），能利用強電流的脈沖電源來激發(fā)和促進材料的固結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)過程，能最大程度的縮短了實驗時間及能耗，同時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)研究重點實驗室中，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，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。截止2018年9月，實驗室成員獲2015年教育部高等學校科學研究優(yōu)秀成果（自然科學）二等獎1項，獲2012年、2013年浙江省科學技術(shù)獎二等獎各1項，獲“十一五”浙江省優(yōu)秀自然科學基金優(yōu)秀項目3項，“十一五”浙江省自然科學基金優(yōu)秀論文3篇，溫州市科學技術(shù)重大貢獻獎1項、溫州市科技進步獎1項。與此同時，實驗室的儀器設(shè)施也被利用于服務(wù)地方，讓實驗室得以讓學術(shù)發(fā)展與社會責任并重。

“有溫度”的人才培養(yǎng)模式

在參觀過程中，記者發(fā)現(xiàn)，這些高端精密且價格高昂的設(shè)備儀器的操作者，多是些勇于探索的學生。他們站在操作臺旁，有的披著白色大褂，操作起來有板有眼，專業(yè)十足。這與浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗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)學生的科研創(chuàng)新精神。平日里，無論是本科生還是研究所，學生們都在經(jīng)過申請、培訓后，自由地進出各間實驗室，在接受過實驗室儀器設(shè)備使用操作規(guī)范的培訓后，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)，在動手實踐中不斷探索與超越。

與此同時，由于實驗室與地方產(chǎn)業(yè)緊密的合作關(guān)系，也為學生培養(yǎng)創(chuàng)造出更廣闊的平臺，實驗室建立“雙導(dǎo)師制”，讓更多學生有機會前往企業(yè)，在生產(chǎn)與應(yīng)用第一線將自己所學習的知識與所具備的技能運用起來，同時也成為實驗室與本地企業(yè)相聯(lián)系的紐帶，將企業(yè)在生產(chǎn)實踐中所遇到的問題帶回來，讓實驗室能夠真真正正做落地的科學研究，更好地為當?shù)禺a(chǎn)業(yè)與地方經(jīng)濟服務(wù)。

在實驗室大樓的會議室中，擺放著一本本年度工作報告，將一年的工作與研究成果被匯編成冊，來者可以清晰地看到，工作報告的厚度是逐年遞增的，也就代表了實驗室的不斷自我超越。翻開歷年的工作報告，可以閱讀到歷年發(fā)表在學科權(quán)威刊物上的文章，許多都是導(dǎo)師與學生聯(lián)合署名，可見學生在這支科研團隊中所發(fā)揮的重要作用，展現(xiàn)出“學生寫，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生，本科也非名校，可以說起點并不是那么高，”實驗室負責人楊植教授說，“但經(jīng)過在這里研究生階段的學習，畢業(yè)后也能在專業(yè)領(lǐng)域獨擋一面，甚至成為各大高校搶手的博士生。”這樣的變化，離不開專業(yè)化、高標準的教學過程，也離不開“有溫度”的教育。

來到溫州大學的校園之初，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任碩導(dǎo)時所帶的第一位學生，在研究生階段之初，也不知道自己“路在何方”，身為導(dǎo)師的楊教授不但時常給與鼓勵與幫助，親力親為，手把手地指導(dǎo)學生做實驗、做課題，還在注重實踐應(yīng)用與興趣所在的同時，帶著他參加各類高端學術(shù)會議、閱讀前沿文獻，讓他領(lǐng)略“外面的世界”，也能找準自身的定位。在專業(yè)能力不斷提升的基礎(chǔ)上，碩士研究生學習期間，這位學生就已經(jīng)在國際學科頂尖刊物《Advanced Materials》上與導(dǎo)師合著，發(fā)表了多篇文章。這位學生從溫州大學畢業(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，年紀輕輕就已獲得在一所國內(nèi)高校直接擔任教授的Offer。這位學生的發(fā)展之路，讓實驗室的眾多師生都頗感驕傲，也讓我們以小見大，看到這種培育模式所帶來的無限可能性。

在實驗室大樓的一間試驗室里，墻上掛滿了歷屆研究生所發(fā)表的學科論文，用以激勵新一批學生，而實驗室里所一直沿用的由研究生助力本科生學習的方式，也取得了不錯的成效。實驗室建設(shè)期內(nèi)，共獲得浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）22項，學科競賽共獲省級及以上獎項9項，在“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽中也屢次斬獲佳績。