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            探尋石墨烯未知世界的先行者——中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員于慶凱


            來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   留白

            [導(dǎo)讀]  ‌于慶凱‌,中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員,博士生導(dǎo)師。

            中國(guó)粉體網(wǎng)訊



            ‌于慶凱‌,男,博士,博導(dǎo),現(xiàn)任職于中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所。主要研究方向是材料物理與化學(xué),特別是在材料科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域有深入研究。于慶凱博士擁有多項(xiàng)專(zhuān)利成果,并在《Nature Materials》《Advanced Materials》等國(guó)際權(quán)威期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。

             

            求學(xué)任職經(jīng)歷

             

            1992年9月至1996年7月,就讀于西安交通大學(xué),并獲得學(xué)士學(xué)位。

             

            2001年9月至2006年8月,在休斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位,期間其研究方向?yàn)?a href="http://adcg.com.cn/zc/165.html" target="_blank" style="color:#0000ff">碳納米管在襯底上定向生長(zhǎng)的機(jī)制和方法

             

            2011年1月至2020年7月,擔(dān)任美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)助理教授 / 副教授。

             

            2018年,辭去美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)的終身教職,回國(guó)入職中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所,擔(dān)任研究員及上海石墨烯產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺(tái)首席科學(xué)家

             

            初識(shí)石墨烯:獨(dú)特性能與潛力挖掘

             

            石墨烯,一種神奇的二維材料,正以其獨(dú)特魅力震撼著科學(xué)界與工業(yè)界。于慶凱教授對(duì)石墨烯的特性了如指掌,他生動(dòng)地描述道:“幾百萬(wàn)層石墨烯疊放起來(lái),厚度才與一張紙相近,可它置于冰塊上時(shí),卻似一把利刃,短短20秒就能將一厘米厚的冰塊一分為二,這超強(qiáng)的導(dǎo)熱能力在其他材料中前所未見(jiàn),如今眾多5G手機(jī)也借其高效散熱!

             

            然而,導(dǎo)熱性不過(guò)是石墨烯眾多卓越性質(zhì)中的滄海一粟。它還具備超高的機(jī)械強(qiáng)度,比鋼鐵還要堅(jiān)硬數(shù)百倍;擁有極佳的電學(xué)性能,電子遷移速度極快;其光學(xué)特性也十分獨(dú)特,對(duì)光的透過(guò)率和吸收率都有著特殊的表現(xiàn)。但這些令人驚嘆的性質(zhì)往往只能在理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中充分展現(xiàn),如在實(shí)驗(yàn)室的精準(zhǔn)控制下、真空的特殊條件里以及潔凈無(wú)瑕的環(huán)境中。這就導(dǎo)致了石墨烯在走向?qū)嶋H應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)。如何在真實(shí)復(fù)雜的環(huán)境中保持其優(yōu)良特性并大規(guī)模應(yīng)用,成為了石墨烯邁向“新材料之王”寶座的關(guān)鍵阻礙。但于慶凱教授毫不畏懼,他堅(jiān)信這些困難正是石墨烯領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)壁壘,唯有攻克才能讓石墨烯真正改變世界。

             

            科研征程:突破困境促發(fā)展

             

            2018年,已在美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)獲得終身教職的于慶凱教授,懷著滿(mǎn)腔的報(bào)國(guó)熱忱毅然回國(guó),投身于中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所,開(kāi)啟了石墨烯技術(shù)的深度探索之旅,立志為我國(guó)的科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)力量,成為了我國(guó)科研“國(guó)家隊(duì)”中的中流砥柱。



            入職后,于慶凱教授迅速組建精英團(tuán)隊(duì),全力攻克高質(zhì)量石墨烯生長(zhǎng)及產(chǎn)業(yè)化難題。功夫不負(fù)有心人,2020年,上海微系統(tǒng)所在寶山成功實(shí)現(xiàn)8英寸石墨烯晶圓小批量生產(chǎn),并將產(chǎn)品推向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng),引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注與強(qiáng)烈反響。當(dāng)時(shí)那枚如鏡面般光亮的圓盤(pán)形象深深印刻在關(guān)注前沿新材料發(fā)展人士的心中,成為了石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的標(biāo)志性成果。

             

            于慶凱教授團(tuán)隊(duì)在技術(shù)上不斷創(chuàng)新,他們巧妙選用藍(lán)寶石作為襯底,精心研制出具有更強(qiáng)催化效能的銅鎳(111)單晶薄膜,一舉將外延生長(zhǎng)石墨烯單晶的溫度從1000℃大幅降至750℃。這一關(guān)鍵突破不僅顯著降低了生產(chǎn)成本,還極大提升了石墨烯單晶薄膜的質(zhì)量,使其表面平整無(wú)褶皺、無(wú)顆粒雜質(zhì),電學(xué)性能與高溫制備的石墨烯相比毫不遜色。這一成果吸引了中科院、中電集團(tuán)下屬單位的目光,他們攜手于慶凱團(tuán)隊(duì),以其石墨烯晶圓為核心展開(kāi)技術(shù)攻關(guān),成功突破了石墨烯太赫茲探測(cè)器件、高性能射頻晶體管等電子器件的核心工藝瓶頸。這一系列成就對(duì)于化解碳基電子器件實(shí)用化面臨的技術(shù)困境意義非凡,有力推動(dòng)了上海乃至我國(guó)碳基集成電路技術(shù)在創(chuàng)新道路上的飛速跨越,使我國(guó)在碳基器件和集成電路領(lǐng)域逐漸躋身世界前列,為我國(guó)在全球高科技競(jìng)爭(zhēng)中贏得了寶貴的優(yōu)勢(shì)地位。



            歸國(guó)逐夢(mèng):創(chuàng)新開(kāi)拓新未來(lái)

             

            于慶凱教授放棄國(guó)外優(yōu)厚條件回國(guó)發(fā)展,背后有著深刻的考量。他直言:“我最大的動(dòng)力就是將自身的技術(shù)與創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為對(duì)國(guó)家和人民有益的成果與產(chǎn)品。在美國(guó),創(chuàng)新資本大多流向生物醫(yī)藥和人工智能領(lǐng)域,制造業(yè)和新材料領(lǐng)域備受冷落。而中國(guó)在各前沿科技領(lǐng)域的創(chuàng)新資本分布較為均衡,新材料和化工領(lǐng)域更是發(fā)展的熱點(diǎn),充滿(mǎn)機(jī)遇!

             

            在持續(xù)深耕石墨烯制備基礎(chǔ)研究的進(jìn)程中,于慶凱教授于 2021 年創(chuàng)立了上海氫田新材料科技有限公司,專(zhuān)注于石墨烯粉體的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模制備。近年來(lái),他主持的天然氣裂解同步制備藍(lán)綠氫和石墨烯項(xiàng)目取得了重大突破。其團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑,研發(fā)出液態(tài)金屬催化裂解天然氣同步制備氫氣和石墨烯的創(chuàng)新技術(shù)路線。借助液態(tài)金屬?gòu)?qiáng)大的催化特性,天然氣中的氫和碳元素得以高效分離轉(zhuǎn)化,分別生成高純度氫氣和高質(zhì)量低成本的石墨烯,并且整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了溫室氣體零排放。于慶凱教授敏銳洞察到,該技術(shù)路線除了在石墨烯制備方面的優(yōu)勢(shì),在無(wú)溫室氣體排放條件下產(chǎn)出高純度氫氣更是一大亮點(diǎn),這與全球倡導(dǎo)的碳中和目標(biāo)高度契合。

             

            在全球變暖嚴(yán)重威脅人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下,碳中和已成為各國(guó)共識(shí)與全球競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。氫氣作為關(guān)鍵的化工原料和新興清潔能源,其綠色制備技術(shù)至關(guān)重要。于慶凱團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新技術(shù)路線正逢其時(shí),具有顯著的產(chǎn)業(yè)價(jià)值與廣闊的發(fā)展前景。據(jù)行業(yè)分析專(zhuān)家預(yù)測(cè),該技術(shù)在未來(lái)幾年有望在石墨烯領(lǐng)域、碳材料領(lǐng)域以及綠色制氫行業(yè)掀起創(chuàng)新浪潮,引發(fā)深刻變革,為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。

             

            作為深耕新材料、新能源領(lǐng)域的海歸博士,于慶凱教授對(duì)國(guó)內(nèi)的科研環(huán)境贊賞有加。中科院上海微系統(tǒng)所歷史悠久,學(xué)科門(mén)類(lèi)齊全,長(zhǎng)期以來(lái)緊密?chē)@學(xué)科前沿與國(guó)家戰(zhàn)略需求,在科研創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化方面成果豐碩,在石墨烯研究領(lǐng)域更是成績(jī)斐然,引領(lǐng)著我國(guó)石墨烯技術(shù)的發(fā)展方向。而上海這座國(guó)際化大都市,匯聚了國(guó)內(nèi)外頂尖人才,具備雄厚的金融實(shí)力和活躍的創(chuàng)新氛圍,為科研工作提供了充足的人才資源和資金保障,是科技創(chuàng)新的理想之地。在這里,于慶凱教授能夠充分施展才華,實(shí)現(xiàn)自己的科研抱負(fù),為我國(guó)新材料、新能源事業(yè)的發(fā)展鑄就輝煌篇章。

             

            參考來(lái)源:

            上海微系統(tǒng)所于慶凱:在石墨烯沖刺“王者”的路上

            領(lǐng)·悟|于慶凱:只要是高科技,沒(méi)有一個(gè)行業(yè)是容易的

            助力硬科技轉(zhuǎn)化,國(guó)資如何“投準(zhǔn)” | 媒體看寶山

            從石墨烯到技術(shù)市場(chǎng),產(chǎn)學(xué)研融合推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化

             

            (中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白)

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