“重大突破”是“熬”出来的

  当社会各界都在关注科研界如何集中攻关、突破核心关键技术时，电子信息材料领域的“压力”格外大。“重大突破是熬出来的，绝不是简单突击出来的。”在日前举办的下一代电子信息材料与器件高峰论坛上，中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范表示。

  石墨烯是典型的下一代电子信息材料之一，但如果从2004年10月发表在《科学》上的第一篇热点文章算起，石墨烯材料的研究历史只有16年。刘忠范及其研究团队从事石墨烯研究已有12年，他形容自己的研究历程为“从关注科研进展到醉心产业的心路旅程”。

  在这段心路旅程中，刘忠范深刻体会到，和其他电子信息材料一样，石墨烯领域也存在诸多关键核心技术问题。“突破关键核心技术不是过去时，而是现在进行时，也是将来时。”在刘忠范看来，如果不改变急功近利的科研行为、群众运动式的攻关做法以及“物美价廉”的研究思维，石墨烯等高科技领域仍将不断地产生关键核心技术问题。

  “从某一种意义上讲，突破关键核心技术并不是技术问题，而是机制问题、文化问题。”刘忠范总结道。

  碳材料伴随着人类文明的发展而持续不断的发展，从石墨产业到炭黑/活性炭产业，再到金刚石产业、碳纤维产业，其家族是新兴起的产业的摇篮。下一个新兴起的产业是什么？业界专家一致认为是石墨烯产业。

  石墨烯被称为“新材料之王”，其优点广为人知。刘忠范用四个之“最”总结石墨烯的优点：“最薄”它只有一个原子层的厚度；“强度最大”比钢强韧200倍；“导电性最好”是金属银的1.6倍；“导热性最好”是金属铜的13倍。

  2019年，刘忠范及其团队历时5个月，集中调研了全国的石墨烯产业，当地考验查证了近百家相关机构和企业。“看到了中国石墨烯产业的希望，也看到了挑战。”这是刘忠范集中调研的总体感受。

  刘忠范所看到的希望是，中国拥有全球规模最大的石墨烯基础研究和产业大军，已成为“统计数字”上的石墨烯强国，并呈遥遥领先之势。截至2019年底，全国共成立石墨烯产业园29个、石墨烯研究院54家、石墨烯产业创新中心8个、石墨烯联盟12个，分布在全国21个省区市。

  石墨烯材料是石墨烯产业的基石，决定着石墨烯产业的未来。“缺少对材料源头的足够重视、大炼钢铁式的群众运动造就了全球规模最大的材料产能。”刘忠范表示，科技与经济“两张皮”现象很严重，缺少突破原创性和核心关键技术的核心竞争力。

  刘忠范强调，石墨烯材料的品质的提升是个循序渐进的过程，不能一蹴而就。“石墨烯材料的研究历史只有16年的时间，我们不能过于急躁。”

  谈及该如何做，刘忠范比较欣赏日本东丽公司的做法。1971年，该公司在世界上率先实现碳纤维量产，投入超过1400亿日元从事研发，但一直亏损。直到2003年，该公司签订波音787合同后，情况才有所好转；2011年，东丽公司发展进入稳定盈利期。从研发到稳定盈利，东丽公司耗时40年。

  值得一提的是，东丽公司将碳纤维研发中每个阶段的贡献者制作成一张图谱。“把发明人的名字写到材料上、写进历史里。”刘忠范非常欣赏这样的做法，因为这样的做法滋养了工匠精神，即追求极致、不屈不挠。

  在刘忠范看来，新材料研发恰恰需要这种精神。“没有扎实的基础研究，就很难形成核心竞争力。”他同时强调，不能一味搞基础研究，漫无边际、没有针对性的基础研究很难带来材料制备上的线年，刘忠范所在的北京大学团队走进石墨烯的世界，并在2009年启动石墨烯薄膜的化学气相沉积成长方法研究。用刘忠范的话说，前五年他们都在从事基础研究，发表了许多高质量文章。因种种原因，刘忠范下定决心开展产业化。但他发现，仅靠大学实验室很难开展产业化。于是，在刘忠范等行业专家的倡导下，相关工程中心、企业联合实验室等机构相继成立。

  “从关注科研进展到醉心产业化”，刘忠范感慨颇多，其中之一就是，基础研究所具有的发散思维，和产业化的思路完全不是一回事。

  今年11月，刘忠范团队在ACS Nano发表展望文章，绘出了CVD石墨烯薄膜生产技术路线图，精确指出了单层催化生长、多层催化生长以及直接无转移生长等三大技术路线。

  “在这一领域，我们在国际上是领头羊。”从实验室样品到规模化产品，刘忠范用“跨越”两个字来形容。他表示，“没有规模化制备上的突破，就不可能有成熟的石墨烯产业”。

  刘忠范根据Gartner技术成熟度曲线判断，石墨烯产业炒作期已过，市场渐趋冷静。

  2018年10月25日，北京石墨烯研究院（以下简称BGI）揭牌成立，这是刘忠范团队开展产业化的关键一步。有的人觉得刘忠范是把在北京大学的研究成果拿到该研究院进行转化。“这是误解。”他表示，他们正致力于探索建立新型研发机构。

  刘忠范介绍，BGI瞄准石墨烯产业，就是要打造核心竞争力，包括引领全球的石墨烯材料及其制造装备、原创性的石墨烯应用产品与核心技术、定制化的研发技术服务和理想的创新创业平台。

  其中，刘忠范把定制化的研发技术服务称为“研发代工”，这也是BGI的特色。所谓“研发代工”新模式，是针对企业的研发需求，在BGI成立研发代工中心，开展一对一的研发服务。

  他进一步解释道，不同于项目制的“一对多”，这种新模式属于“一对一”。“通过全过程利益捆绑，长期稳定地服务于企业的高研发技术，共同打造品牌产品。”在刘忠范看来，这种模式可以让科学家和企业家同乘一条船。

  截至目前，BGI在全国已成立多个研发代工中心，效果也正在显现，如石墨烯航空轮胎已经在路上试验。

  刘忠范希望石墨烯的应用领域不仅仅在新能源、防腐材料和大健康“三大件”上，还应有一批“杀手锏级”技术，包括下一代变革性光纤技术、石墨烯烯基第三代半导体照明技术、新一代电池集流体、石墨烯烯蚕丝纤维等。以石墨烯烯蚕丝纤维为例，刘忠范团队研究之后发现，通过让蚕宝宝吃石墨烯，吐出来的蚕丝可增强30%、韧性增强50%以上，“目前已经实现了小规模的生产”。

  刘忠范表示，他们打造以BGI为核心的千亿级石墨烯产业网络，走出北京、走向全国是关键。“目前BGI已在福建、宁夏等地成立分中心或分院。”

  打造核心竞争力和通过“研发代工”直接对接市场需求，慢慢的变成了BGI发展的“双轮”。前不久，《科学》杂志发表文章介绍了BGI这种“双轮驱动”模式。文章指出，“双轮驱动”模式既布局现在，同时也布局未来，这是高科技产业可持续发展的关键；“研发代工”模式有着非常大的发展的潜在能力，不仅展示知识的力量，也将展示出知识的财富价值，让科学家们既有成就感，又有获得感。