作者 | 秦志伟

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。

刘忠范

碳材料伴随着人类文明的发展而不断发展，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，其家族是新兴产业的摇篮。
下一个新兴产业是什么？业界专家普遍认为是石墨烯产业。

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。

由此，石墨烯成为科学界和产业界的“宠儿”。

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，实地考察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，中国拥有全球最大规模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。

但他认为，仅实现“统计数字”上的石墨烯强国是不行的。

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最大规模的材料产能。”

刘忠范表示，科技与经济“两张皮”现象非常严重，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，石墨烯材料质量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。”

刘忠范非常欣赏这种做法，因为这种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真正突破。

2008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，明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”。

“基础决定实力，工艺决定质量，装备决定胜负。”刘忠范总结道。家

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。

有人认为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、定制化的技术研发服务和理想的创新创业平台。

其中，刘忠范把定制化的技术研发服务称为“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技术研发，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，已经成为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”模式有着巨大的发展潜力，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。

《中国科学报》 (2020-12-17 第3版 信息技术)