让石墨烯走出实验室，走进生产线——“新材料之王”，兰州大学强

它，有着“新材料之王”的称号

性能优越、用途广泛

它，其实很“年轻”

2004年首次被分离出来

它，就是石墨烯

是驱动产业升级的强劲“新引擎”

从口罩抑菌，到电池革新，再到急救止血

兰大拜永孝老师的团队

正在用一项项技术突破

让石墨烯走出实验室，走进生产线

将科技创新，转化为实实在在的生产力

在中国新材料产业的革新浪潮中，兰州大学材料与能源学院拜永孝教授，这位深耕石墨烯领域十余载的学者，以石墨烯复合技术为钥匙，打开了高校科研与企业需求的双向通道——从抑菌口罩的民生应用到止血敷料的急救突破，从电池材料的性能革新到区域产业的升级赋能，一种“创新始于需求，成果落于产业”的转化模式，为西部高校服务国家战略需求提供了一条精准务实的实现路径。

拜永孝老师在未来能源论坛发言

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从团队组建到课题落地

2011年，拜永孝在美国密歇根大学完成博士后研究工作后回国，组建团队独立开展石墨烯方法学的研究。他敏锐地意识到，石墨烯的产业化不能依赖单一科研力量，必须依托“高校研发优势 + 企业资源整合能力”的协同模式。

2013年，拜永孝团队代表兰州大学加入中国石墨烯产业技术创新战略联盟，通过联盟平台对接行业需求，精准锁定医疗、能源、防护等领域的产业化方向。

6年后，拜永孝团队开始与中国石墨行业龙头企业方大炭素合作并联合成立兰州大学・方大炭素石墨烯研究院。方大炭素在碳素新材料领域的技术需求与团队在石墨烯制备方法学的研究方向充分契合，这种“技术需求 -科研攻关”的双向匹配成为合作的基础与核心。

“目前在国内，从政府到企业到高校都非常看好石墨烯这个材料，对它的应用寄予厚望，我们也希望在产学研合作中，通过科研团队、学校与企业三方协同创新机制，深挖石墨烯材料的功能特性和广泛应用潜力，进而将石墨烯科研成果真正转化成现实生产力，践行人才链、创新链与产业链的深度融合。”团队负责人拜永孝说。

自团队与方大炭素确立合作后，双方共同制定了5项研究课题。在合作的6年时间内，5项课题全部高质量完成并获得授权发明专利9件。

团队与企业合作时，重点关注的是企业的技术需求与科研团队科研方向的契合度，着力建立‘基础研究→技术开发→产业落地’的全链条机制。

团队科研成员高文生告诉记者。

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石墨烯产业化技术突破

拜永孝介绍道，在产学研框架中，兰州大学科研院会通过校企合作收集企业技术需求，为科研团队与企业搭建合作桥梁。

科研团队负责技术攻关与实验室研发，待实验室和小试阶段完成后，企业接棒与科研团队共同开展模试与中试开发。整个过程中，双方通过定期项目汇报会、互相派驻工作人员等方式密切沟通协调，确保从需求对接、技术研发到产业转化的全链条贯通，推动石墨烯科研成果向现实生产力转化。

团队最早实现产业化应用的产品是石墨烯复合功能性无纺布和功能性口罩。“现如今方大炭素在石墨烯功能性口罩方面已实现非常好的盈利。”拜永孝说。

图为中国国际石墨烯创新大会现场

“石墨烯晶体是一种类苯环的二维结构，表面存在游离电子，对本身带电的微生物可产生较强的电荷排斥作用，进而干扰这些带电荷微生物的生理环境，抑制其繁殖。”拜永孝解释说：“就像人处于嘈杂环境中会感到不适一样，微生物在不友好的环境中，其生命力和繁殖速度也会受到影响。”

同时，石墨烯二维的层状结构，使其对微生物就如同“分子刀”，可轻易“划破”微生物的细胞结构。“微生物表面的细胞膜被破坏，就容易导致胞内物流失，自然它就不能很好地生长和生存，因此在口罩上添加石墨烯材料具有很好的抑菌作用。石墨烯功能性口罩通过物理抑菌机制，显著抑制微生物滋生繁殖，自然就能减少口罩异味产生，进而解决普通口罩重复佩戴易残留口气、细菌繁殖的问题。”拜永孝解释说。

在石墨烯口罩落地实现产业化生产的过程中，石墨烯低成本制备与界面相容性是团队遇到的两大主要问题。面对这两个问题，团队发明了室温一步法氧化剥离石墨烯技术，将传统两步法的高耗能、高成本和高风险工艺升级为室温一步法温和反应，解决了大规模生产过程中高排放、易爆等问题。与此同时，团队还通过多年的技术攻关，开发了绿色高效的表面分子修饰技术，实现了“秒级”的表面修饰，改善了石墨烯与聚丙烯无纺布的相容性，并将后期的分离-干燥效率提升了上千倍，为高性能石墨烯口罩的规模化生产提供了技术支持。

“口罩中石墨烯的添加量其实是非常微量的，因此原材料成本增幅也可控。口罩虽然是个小物件，但是应用场景却非常广泛，从日常防护到医疗场景，无论是普通消费者还是一线医护人员，对口罩的需求量都是很高的。因此在规模化生产的情况下可以摊薄成本，进而实现性价比优势。” 拜永孝介绍说。

目前拜永孝团队开发的石墨烯口罩已获得欧盟认证，质量高于国家标准，并在深圳高交会斩获5个奖项。未来石墨烯功能性复合无纺布将在医用手术服、防护服、卫生和健康护理等领域发挥更加重要的作用并展现出良好的市场前景。

图为获奖证书

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未来的石墨烯

除此之外，目前拜永孝团队还在致力于推动石墨烯复合止血敷料与硅基负极电池材料的研发工作。

相比普通止血敷料，石墨烯复合敷料有很大的吸液量，可以处理静、动脉出血。此外，石墨烯敷料还能避免伤口感染，促进伤口愈合。

拜永孝介绍，石墨烯片层结构组装形成的多孔复合敷料，能够有效扩大与血液的接触面积，从而快速吸收伤口流出的或渗透的血液。同时，石墨烯表面的多种官能团可加速凝血反应，促使血液在伤口处快速凝结。此外，石墨烯本身具备的优秀抑菌性能，能在一定时间内保障伤口不被感染，为提升伤者的获救几率提供了多重保障。

值得一提的是，当前国内在止血敷料领域的研究相对有限，而兼具高效止血与抑菌性能的石墨烯复合止血敷料，更是在全球范围内尚未出现同类研究报道。

图为拜永孝老师在实验室

石墨烯就像我们做菜、做汤时放的味精调料，

做的时候加一点进去，

菜或者汤就会变得更鲜更美味。

“目前学界和业界关注度相对较高的新能源电池材料领域，石墨烯也有很高的应用价值，与该领域传统材料的复合可能会使得新能源电池实现质的飞跃。”

拜永孝谈到，例如目前很热门的硅基负极电池材料，在石墨烯包覆或者进行界面调控之后，其结构稳定性、材料的导电性、快充特性以及综合电化学性能都会得到全面的提升。具体而言，石墨烯可作为一种“外壳”包裹硅碳。原来的电池在充放电过程中，硅可能发生显著的体积膨胀，理论上可能超过300%，这样的电池是没有安全性与稳定性可言的。

此时，如果使用石墨烯将硅包裹住，负极材料外表就相当于套上了一层牢固的铠甲，可以有效束缚硅体积膨胀，增加负极电池稳定性，提升电池的循环性能。同时，石墨烯优良的导电性还能进一步弥补硅的弱导电性，进而实现“短充长用”的可能。

历经十余年深耕，兰州大学在石墨烯领域现已积累了丰硕成果。然而，拥有丰富鳞片石墨矿资源的甘肃省，却长期面临资源 “粗放式” 开发困境 。当地石墨矿多以初级产品外销，精深加工能力薄弱，产品附加值远低于石墨烯等高端材料，这不仅限制了产业经济效益提升，也使资源优势难以转化为可持续的发展动能。

拜永孝团队照片

“石墨烯是一种前沿的、战略性的新材料，更是新质生产力的典型代表，如果能进一步利用好当地的资源优势，将兰州大学在石墨烯领域的技术优势发挥出来，增强甘肃省新材料产业的基础，将产业链进一步延伸至高端制造，将更有力推动甘肃新旧动能转换，促进甘肃省石墨烯产业化的发展。”拜永孝说。

内容来源｜党委宣传部（融媒体中心）

文字、采访| 袁静 彭煜杰

图片| 受访者提供

编辑、校对｜袁静

责编｜李晖