鄭挺穎 季江云

很多人知道石墨，但再加上一個(gè)“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(jiǎng)?lì)C給石墨烯的發(fā)現(xiàn)者后，國(guó)內(nèi)外都加大了對(duì)這種新材料的研發(fā)力度和成果轉(zhuǎn)化。那么，我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何？未來(lái)如何做大做強(qiáng)？《環(huán)境與生活》雜志記者走進(jìn)北京石墨烯研究院，對(duì)我國(guó)石墨烯領(lǐng)域領(lǐng)軍人物劉忠范院士進(jìn)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(huì)資本共同出資建立，計(jì)劃于10年內(nèi)投資20億元，打造國(guó)內(nèi)石墨烯領(lǐng)域政產(chǎn)學(xué)研融通合作的平臺(tái)。由該研究院主辦的“北京石墨烯論壇2018”也趁勢(shì)于10月25至26日舉行。在聽(tīng)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(zhǎng)劉忠范。

我國(guó)石墨烯學(xué)術(shù)研究“井噴”

劉忠范院長(zhǎng)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(guó)科學(xué)院院士，同時(shí)還擔(dān)任全國(guó)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(tuán)隊(duì)投入石墨烯領(lǐng)域的研究。他對(duì)《環(huán)境與生活》記者分析了眼下我國(guó)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(jiǎng)?wù)Q生之后，我國(guó)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(guó)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(guó)石墨烯的學(xué)術(shù)研究也出現(xiàn)了“井噴”，從2011年開(kāi)始，我國(guó)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(wàn)篇，而第二名的美國(guó)才2萬(wàn)余篇。據(jù)今年3月份的專利統(tǒng)計(jì)，中國(guó)申請(qǐng)的石墨烯專利總數(shù)占全球54.14%，第二名美國(guó)是11.53%。

亮眼數(shù)據(jù)背后的問(wèn)題

劉院士說(shuō)：“然而，這些數(shù)據(jù)能證明我國(guó)在石墨烯領(lǐng)域領(lǐng)先世界嗎？沒(méi)那么簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)背后的問(wèn)題讓人憂心?！彼榻B，國(guó)內(nèi)石墨烯行業(yè)非常急功近利，過(guò)于關(guān)注短平快的東西，從石墨烯電暖畫(huà)、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(jì)，僅從事石墨烯涂料的企業(yè)就超過(guò)700家，可謂是“群雄混戰(zhàn)”。不可否認(rèn)，中國(guó)的石墨烯行業(yè)，擁有一大批兢兢業(yè)業(yè)的耕耘者;同時(shí)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(jī)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(wèn)，國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)一些亂象，那么現(xiàn)在國(guó)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(gè)著名的石墨烯旗艦計(jì)劃，2013年啟動(dòng)，10年內(nèi)投資10億歐元，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，引導(dǎo)石墨烯新材料從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)。英國(guó)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(guó)家石墨烯研究院（NGI），致力于石墨烯的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。“今年初，在西班牙巴薩羅那召開(kāi)的世界移動(dòng)通信大會(huì)上，專門(mén)設(shè)了一個(gè)石墨烯展廳，展出了國(guó)際上的最新研發(fā)產(chǎn)品，包括：石墨烯調(diào)制器和光探測(cè)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(guó)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)根本不在一個(gè)頻道上。這些高大上的東西顯然暫時(shí)還帶不來(lái)實(shí)際利益，但是體現(xiàn)了石墨烯材料的真正價(jià)值所在，必將成為未來(lái)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(qǐng)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士擔(dān)任名譽(yù)院長(zhǎng)。針對(duì)研究院未來(lái)怎樣發(fā)展的問(wèn)題，劉院長(zhǎng)表示：“我們成立北京石墨烯研究院，目的就是打造未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)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(tái)、以及政產(chǎn)學(xué)研高效協(xié)同創(chuàng)新的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)示范區(qū)。我們絕不爭(zhēng)搶眼前利益和一時(shí)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(jí)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(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

對(duì)如何創(chuàng)新機(jī)制，打造核心競(jìng)爭(zhēng)力，掌握“殺手锏”，劉院士很形象地用“雞蛋模型”來(lái)加以說(shuō)明。他解釋，雞蛋模型的核心“蛋黃部分”是面向未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，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(guó)家意志;“蛋清部分”是面向企業(yè)的“研發(fā)代工”平臺(tái)，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(chǎng)，扎實(shí)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化落地，而不是滿足于發(fā)表文章和申請(qǐng)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(guò)政府和社會(huì)資本的共同投入實(shí)現(xiàn)“雙輪驅(qū)動(dòng)”。一方面通過(guò)堅(jiān)持不懈的原創(chuàng)性和顛覆性技術(shù)研發(fā)，爭(zhēng)奪未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)國(guó)家意志和戰(zhàn)略布局;另一方面通過(guò)“研發(fā)代工”直接對(duì)接市場(chǎng)需求，確保研究院的“市場(chǎng)牽引”特色和可持續(xù)發(fā)展能力。

劉院長(zhǎng)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(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)研發(fā);面向當(dāng)前市場(chǎng)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(zhǎng)說(shuō)，“面向企業(yè)的研發(fā)代工，是北京石墨烯研究院的重要機(jī)制創(chuàng)新?！?/p>

研發(fā)代工，就是針對(duì)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(mén)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，面向市場(chǎng)需求開(kāi)展定制化的技術(shù)研發(fā)。與用戶通過(guò)全過(guò)程利益捆綁，長(zhǎng)期穩(wěn)定地服務(wù)于企業(yè)的高技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化落地的無(wú)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(jìng)爭(zhēng)力的難題。通過(guò)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(tái)，破解了偏遠(yuǎn)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(shí)，可有效解決我國(guó)基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)脫節(jié)嚴(yán)重、成果轉(zhuǎn)化率低的難題。研發(fā)代工團(tuán)隊(duì)直接對(duì)代工企業(yè)負(fù)責(zé)，有著明確的技術(shù)和市場(chǎng)目標(biāo)，避免了當(dāng)前高校和科研院所“閉門(mén)造車”、成果不接地氣因而難以轉(zhuǎn)化的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。他指出，北京石墨烯研究院將努力推進(jìn)研發(fā)代工平臺(tái)建設(shè)，對(duì)接全國(guó)的石墨烯研發(fā)需求，成為中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)的基石和推進(jìn)器。

改變小微企業(yè)群雄亂戰(zhàn)局面

針對(duì)我國(guó)石墨烯行業(yè)當(dāng)前面臨的短板，劉忠范院士說(shuō)：“石墨烯被認(rèn)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(lái)革命性的變化。我們要爭(zhēng)奪石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要的是體現(xiàn)國(guó)家意志和戰(zhàn)略布局。不能一哄而上，低水平競(jìng)爭(zhēng)。這樣的結(jié)果必然是一哄而散?！闭块T(mén)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(jìn);也不能無(wú)動(dòng)于衷，錯(cuò)失發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的良機(jī)。

“我們寶貴的石墨礦資源都白菜價(jià)賣掉了”

除了國(guó)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(píng)價(jià)機(jī)制要改革，跟上時(shí)代的發(fā)展。他說(shuō)：“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(píng)價(jià)機(jī)制，引導(dǎo)廣大科研人員去從事真正有價(jià)值的研究，或者上貨架，或者上書(shū)架，讓國(guó)家對(duì)石墨烯研發(fā)的投入開(kāi)花結(jié)果，而不是花大筆錢(qián)從國(guó)外買(mǎi)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(guó)外期刊上。”

劉院長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)，石墨烯新材料研究必須克服嚴(yán)重的科技與經(jīng)濟(jì)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(kāi)發(fā)廉價(jià)的石墨烯產(chǎn)品。針對(duì)未來(lái)石墨烯產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，從扎扎實(shí)實(shí)的基礎(chǔ)研究做起，不懈地堅(jiān)持下去，真正打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，這一點(diǎn)極為重要。

劉院長(zhǎng)說(shuō)，很多人有一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，把石墨烯與石墨礦混為一談。從石墨礦出發(fā)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)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(shí)際上，我國(guó)擁有最豐富的石墨礦資源，天然石墨礦占世界探明儲(chǔ)量的750/0，石墨原材料供應(yīng)也占全球市場(chǎng)的70%以上。劉院士不無(wú)痛心地說(shuō)：“我們的石墨原材料都廉價(jià)出口了，幾千塊錢(qián)一噸，而我們的高端石墨用戶又花十倍到幾十倍的價(jià)格從國(guó)外進(jìn)口，令人嘆息?！眲⒃菏窟€透露，北京石墨烯研究院的股東和合作伙伴擁有三個(gè)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(lái)

如果國(guó)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(jìn)，石墨烯這個(gè)產(chǎn)業(yè)究竟會(huì)如何發(fā)展？

劉院士認(rèn)為有三種發(fā)展前景，一個(gè)是“碳纖維模式”。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，碳纖維已成為航空航天和國(guó)防軍工領(lǐng)域的“殺手锏”級(jí)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(lái)的石墨烯材料必將成為某些領(lǐng)域的“殺手锏”級(jí)存在。

第二個(gè)是“塑料模式”。100多年前，人們發(fā)明了塑料，給人類生活帶來(lái)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(yuǎn)的將來(lái)，或許能夠像塑料一樣，浸透到人類生活的方方面面。

第三個(gè)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(shí)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(yuǎn)高于硅材料，有望成為下一代集成電路的支柱材料。或許未來(lái)的某一天，我們會(huì)進(jìn)入“石墨烯時(shí)代”。

采訪最后，《環(huán)境與生活》記者問(wèn)起北京石墨烯研究院未來(lái)將扮演何種角色，劉忠范院長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)：“發(fā)展石墨烯新材料產(chǎn)業(yè)沒(méi)有捷徑可走，需要不屈不撓的堅(jiān)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(fù)起時(shí)代賦予的重任，做石墨烯產(chǎn)業(yè)的鋪路石和開(kāi)拓者”。