鄭挺穎 季江云

很多人知道石墨，但再加上一個“烯”字，即石墨烯，就讓人一頭霧水。但自從2010年的諾貝爾物理獎頒給石墨烯的發(fā)現(xiàn)者后，國內(nèi)外都加大了對這種新材料的研發(fā)力度和成果轉(zhuǎn)化。那么，我國石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何？未來如何做大做強？《環(huán)境與生活》雜志記者走進北京石墨烯研究院，對我國石墨烯領(lǐng)域領(lǐng)軍人物劉忠范院士進行了采訪。

10月25日，北京石墨烯研究院揭牌成立。該研究院是由北京市政府、產(chǎn)業(yè)界和社會資本共同出資建立，計劃于10年內(nèi)投資20億元，打造國內(nèi)石墨烯領(lǐng)域政產(chǎn)學(xué)研融通合作的平臺。由該研究院主辦的“北京石墨烯論壇2018”也趁勢于10月25至26日舉行。在聽到此信息的10月14日，《環(huán)境與生活》雜志記者就提前參觀了北京石墨烯研究院并采訪該院院長劉忠范。

我國石墨烯學(xué)術(shù)研究“井噴”

劉忠范院長現(xiàn)在是北京大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心主任、中國科學(xué)院院士，同時還擔(dān)任全國政協(xié)常委、九三學(xué)社中央副主席和北京市政協(xié)副主席。早在十年前，劉忠范院士便帶領(lǐng)他的團隊投入石墨烯領(lǐng)域的研究。他對《環(huán)境與生活》記者分析了眼下我國石墨烯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

劉忠范院士介紹，2010年石墨烯諾貝爾獎?wù)Q生之后，我國出現(xiàn)了石墨烯熱，目前有5000多家企業(yè)宣稱涉足石墨烯業(yè)務(wù)。全國各地成立了40多家石墨烯研究院、石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和研發(fā)中心。相應(yīng)地，我國石墨烯的學(xué)術(shù)研究也出現(xiàn)了“井噴”，從2011年開始，我國發(fā)表關(guān)于石墨烯的學(xué)術(shù)論文躍居世界第一，總數(shù)近6萬篇，而第二名的美國才2萬余篇。據(jù)今年3月份的專利統(tǒng)計，中國申請的石墨烯專利總數(shù)占全球54.14%，第二名美國是11.53%。

亮眼數(shù)據(jù)背后的問題

劉院士說：“然而，這些數(shù)據(jù)能證明我國在石墨烯領(lǐng)域領(lǐng)先世界嗎？沒那么簡單，數(shù)據(jù)背后的問題讓人憂心。”他介紹，國內(nèi)石墨烯行業(yè)非常急功近利，過于關(guān)注短平快的東西，從石墨烯電暖畫、石墨烯電池、石墨烯涂料，到石墨烯口罩、石墨烯內(nèi)衣內(nèi)褲、甚至石墨烯首飾等等。據(jù)統(tǒng)計，僅從事石墨烯涂料的企業(yè)就超過700家，可謂是“群雄混戰(zhàn)”。不可否認，中國的石墨烯行業(yè)，擁有一大批兢兢業(yè)業(yè)的耕耘者;同時也的確存在著良莠不齊的現(xiàn)象，其中不乏背離科學(xué)的、投機性的概念炒作，影響了石墨烯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

“雞蛋模型”打造石墨烯核心技術(shù)策源地

《環(huán)境與生活》記者問，國內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)一些亂象，那么現(xiàn)在國際上是怎樣發(fā)展石墨烯產(chǎn)業(yè)的？

劉院士介紹，歐盟有個著名的石墨烯旗艦計劃，2013年啟動，10年內(nèi)投資10億歐元，通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，引導(dǎo)石墨烯新材料從實驗室走向產(chǎn)業(yè)。英國在2015年初投資約6億元人民幣在曼徹斯特大學(xué)成立了國家石墨烯研究院（NGI），致力于石墨烯的應(yīng)用基礎(chǔ)研究?！敖衲瓿?，在西班牙巴薩羅那召開的世界移動通信大會上，專門設(shè)了一個石墨烯展廳，展出了國際上的最新研發(fā)產(chǎn)品，包括：石墨烯調(diào)制器和光探測器、柔性邏輯電路、柔性微波通訊器件、太赫茲傳感器、廣譜紅外傳感器、柔性NFC天線、石墨烯汽車以及石墨烯海水淡化技術(shù)等。與國內(nèi)關(guān)注的重點根本不在一個頻道上。這些高大上的東西顯然暫時還帶不來實際利益，但是體現(xiàn)了石墨烯材料的真正價值所在，必將成為未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)?！?/p>

剛剛揭牌成立的北京石墨烯研究院可謂高端大氣，邀請諾貝爾獎獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士擔(dān)任名譽院長。針對研究院未來怎樣發(fā)展的問題，劉院長表示：“我們成立北京石墨烯研究院，目的就是打造未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。研究院的定位是，石墨烯產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)策源地、石墨烯原材料制備技術(shù)和裝備研發(fā)基地、面向企業(yè)的‘研發(fā)代工平臺、以及政產(chǎn)學(xué)研高效協(xié)同創(chuàng)新的新型研發(fā)機構(gòu)示范區(qū)。我們絕不爭搶眼前利益和一時的產(chǎn)值，而是踐行工匠精神，制備最好的石墨烯材料，探索石墨烯的‘殺手锏級應(yīng)用途徑。希望能夠創(chuàng)出一條新路，讓科學(xué)家更有成就感和獲得感，讓企業(yè)更有競爭力?！?/p>

對如何創(chuàng)新機制，打造核心競爭力，掌握“殺手锏”，劉院士很形象地用“雞蛋模型”來加以說明。他解釋，雞蛋模型的核心“蛋黃部分”是面向未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)研發(fā)團隊，布局今后5年、10年、甚至20年的石墨烯核心技術(shù)研發(fā)，充分體現(xiàn)國家意志;“蛋清部分”是面向企業(yè)的“研發(fā)代工”平臺，解決企業(yè)的石墨烯研發(fā)需求;“蛋殼”則是面向真正的市場，扎實推進產(chǎn)業(yè)化落地，而不是滿足于發(fā)表文章和申請專利。劉忠范指出，北京石墨烯研究院正在探索一條全新的政產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新之路，通過政府和社會資本的共同投入實現(xiàn)“雙輪驅(qū)動”。一方面通過堅持不懈的原創(chuàng)性和顛覆性技術(shù)研發(fā)，爭奪未來石墨烯產(chǎn)業(yè)核心競爭力，體現(xiàn)國家意志和戰(zhàn)略布局;另一方面通過“研發(fā)代工”直接對接市場需求，確保研究院的“市場牽引”特色和可持續(xù)發(fā)展能力。

劉院長向《環(huán)境與生活》記者介紹，北京石墨烯研究院目前主要有四大業(yè)務(wù)板塊：石墨烯原材料規(guī)模化制備技術(shù)和裝備研發(fā);面向未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)研發(fā);面向當(dāng)前市場的企業(yè)研發(fā)代工;吸納全球研發(fā)資源的石墨烯眾創(chuàng)空間。劉院長說，“面向企業(yè)的研發(fā)代工，是北京石墨烯研究院的重要機制創(chuàng)新。”

研發(fā)代工，就是針對特定企業(yè)的研發(fā)需求，組建由高水平專業(yè)人員構(gòu)成的專門研發(fā)團隊，面向市場需求開展定制化的技術(shù)研發(fā)。與用戶通過全過程利益捆綁，長期穩(wěn)定地服務(wù)于企業(yè)的高技術(shù)研發(fā)，實現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化落地的無縫銜接。劉院士指出，“研發(fā)代工”可以有效解決企業(yè)、尤其中小型企業(yè)研發(fā)力量不足、缺少核心競爭力的難題。通過這種全新的合作模式，企業(yè)建立了專屬于自己的研發(fā)平臺，破解了偏遠地區(qū)企業(yè)人才吸引力不足和研發(fā)文化匱乏的難題。與此同時，可有效解決我國基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)嚴重、成果轉(zhuǎn)化率低的難題。研發(fā)代工團隊直接對代工企業(yè)負責(zé)，有著明確的技術(shù)和市場目標(biāo)，避免了當(dāng)前高校和科研院所“閉門造車”、成果不接地氣因而難以轉(zhuǎn)化的現(xiàn)實問題。他指出，北京石墨烯研究院將努力推進研發(fā)代工平臺建設(shè)，對接全國的石墨烯研發(fā)需求，成為中國石墨烯產(chǎn)業(yè)的基石和推進器。

改變小微企業(yè)群雄亂戰(zhàn)局面

針對我國石墨烯行業(yè)當(dāng)前面臨的短板，劉忠范院士說：“石墨烯被認為是21世紀(jì)的戰(zhàn)略新興材料，有望給許多產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。我們要爭奪石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，需要的是體現(xiàn)國家意志和戰(zhàn)略布局。不能一哄而上，低水平競爭。這樣的結(jié)果必然是一哄而散?！闭块T要在當(dāng)前的石墨烯熱中保持冷思考，既不能頭腦發(fā)熱，搞全民大躍進;也不能無動于衷，錯失發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的良機。

“我們寶貴的石墨礦資源都白菜價賣掉了”

除了國家從戰(zhàn)略層面上重視石墨烯外，劉忠范院士還建議科研評價機制要改革，跟上時代的發(fā)展。他說：“一定要改變當(dāng)前盲目追求發(fā)表論文為導(dǎo)向的科研評價機制，引導(dǎo)廣大科研人員去從事真正有價值的研究，或者上貨架，或者上書架，讓國家對石墨烯研發(fā)的投入開花結(jié)果，而不是花大筆錢從國外買一大堆昂貴的設(shè)備，制造出一堆所謂的高水平論文，發(fā)到國外期刊上?！?/p>

劉院長強調(diào)，石墨烯新材料研究必須克服嚴重的科技與經(jīng)濟兩張皮現(xiàn)象。一堆人在盲目地發(fā)文章，另一堆人在急功近利地開發(fā)廉價的石墨烯產(chǎn)品。針對未來石墨烯產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從扎扎實實的基礎(chǔ)研究做起，不懈地堅持下去，真正打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，這一點極為重要。

劉院長說，很多人有一種錯誤的認識，把石墨烯與石墨礦混為一談。從石墨礦出發(fā)，經(jīng)過復(fù)雜的物理化學(xué)過程，可以制備出石墨烯。這是制備石墨烯的一種工藝方法，但絕非唯一的方法，也未必是最優(yōu)的技術(shù)路徑。實際上，我國擁有最豐富的石墨礦資源，天然石墨礦占世界探明儲量的750/0，石墨原材料供應(yīng)也占全球市場的70%以上。劉院士不無痛心地說：“我們的石墨原材料都廉價出口了，幾千塊錢一噸，而我們的高端石墨用戶又花十倍到幾十倍的價格從國外進口，令人嘆息。”劉院士還透露，北京石墨烯研究院的股東和合作伙伴擁有三個大型石墨礦，將布局石墨原材料的深加工，形成從石墨礦到石墨、石墨烯的全鏈條研發(fā)體系。

石墨烯產(chǎn)業(yè)的三種未來

如果國家從戰(zhàn)略上重視石墨烯，并給予積極的扶持，政產(chǎn)學(xué)研協(xié)力推進，石墨烯這個產(chǎn)業(yè)究竟會如何發(fā)展？

劉院士認為有三種發(fā)展前景，一個是“碳纖維模式”。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，碳纖維已成為航空航天和國防軍工領(lǐng)域的“殺手锏”級材料。理論上講，石墨烯材料在諸多方面優(yōu)于碳纖維，如果能夠在材料制備上做到極致，未來的石墨烯材料必將成為某些領(lǐng)域的“殺手锏”級存在。

第二個是“塑料模式”。100多年前，人們發(fā)明了塑料，給人類生活帶來了極大的便利。石墨烯有著諸多優(yōu)異的性能，顯示出極為廣闊的應(yīng)用前景。在不遠的將來，或許能夠像塑料一樣，浸透到人類生活的方方面面。

第三個是“硅材料模式”。硅是集成電路的核心材料，硅材料把人類帶入了信息化時代，極大地改變了人類的精神生活。石墨烯的載流子遷移率遠高于硅材料，有望成為下一代集成電路的支柱材料?；蛟S未來的某一天，我們會進入“石墨烯時代”。

采訪最后，《環(huán)境與生活》記者問起北京石墨烯研究院未來將扮演何種角色，劉忠范院長強調(diào)：“發(fā)展石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)沒有捷徑可走，需要不屈不撓的堅持和敢為人先的氣魄。北京石墨烯研究院將勇于擔(dān)當(dāng)，肩負起時代賦予的重任，做石墨烯產(chǎn)業(yè)的鋪路石和開拓者”。