劉忠範院士：「重大突破」是「熬」出來的

作者 |秦志偉

當社會各界都在關注科研界如何集中攻關、突破核心關鍵技術時，電子信息材料領域的「壓力」格外大。

「『重大突破』是『熬』出來的，絕不是簡單突擊出來的。」在日前舉辦的下一代電子信息材料與器件高峰論壇上，中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠範表示。

石墨烯是典型的下一代電子信息材料之一，但如果從2004年10月發表在《科學》上的第一篇熱點文章算起，石墨烯材料的研究歷史只有16年。

劉忠範及其研究團隊從事石墨烯研究已有12年，他形容自己的研究歷程為「從關注科研進展到醉心產業的心路旅程」。

在這段心路旅程中，劉忠範深刻體會到，和其他電子信息材料一樣，石墨烯領域也存在諸多關鍵核心技術問題。

「突破關鍵核心技術不是過去時，而是現在進行時，也是將來時。」

在劉忠範看來，如果不改變急功近利的科研行為、群眾運動式的攻關做法以及「物美價廉」的研究思維，石墨烯等高科技領域仍將不斷地產生關鍵核心技術問題。

「從某種意義上講，突破關鍵核心技術並不是技術問題，而是機制問題、文化問題。」劉忠範總結道。

劉忠範

不做「統計數字」上的強國

碳材料伴隨著人類文明的發展而不斷發展，從石墨產業到炭黑/活性炭產業，再到金剛石產業、碳纖維產業，其家族是新興產業的搖籃。

下一個新興產業是什麼？業界專家普遍認為是石墨烯產業。

石墨烯被稱為「新材料之王」，其優點廣為人知。劉忠範用四個之「最」總結石墨烯的優點：「最薄」——它只有一個原子層的厚度；「強度最大」——比鋼強韌200倍；「導電性最好」——是金屬銀的1.6倍；「導熱性最好」——是金屬銅的13倍。

由此，石墨烯成為科學界和產業界的「寵兒」。

2019年，劉忠範及其團隊歷時5個月，集中調研了全國的石墨烯產業，實地考察了近百家相關機構和企業。

「看到了中國石墨烯產業的希望，也看到了挑戰。」這是劉忠範集中調研的總體感受。

劉忠範所看到的希望是，中國擁有全球最大規模的石墨烯基礎研究和產業大軍，已成為「統計數字」上的石墨烯強國，並呈遙遙領先之勢。

截至2019年底，全國共成立石墨烯產業園29個、石墨烯研究院54家、石墨烯產業創新中心8個、石墨烯聯盟12個，分布在全國21個省區市。

但他認為，僅實現「統計數字」上的石墨烯強國是不行的。

石墨烯材料是石墨烯產業的基石，決定著石墨烯產業的未來。

「缺少對材料源頭的足夠重視、大煉鋼鐵式的群眾運動造就了全球最大規模的材料產能。」

劉忠範表示，科技與經濟「兩張皮」現象非常嚴重，缺少突破原創性和核心關鍵技術的核心競爭力。

把發明人的名字寫進歷史裡

劉忠範強調，石墨烯材料質量的提升是個循序漸進的過程，不能一蹴而就。「石墨烯材料的研究歷史只有16年的時間，我們不能過於急躁。」

談及該如何做，劉忠範比較欣賞日本東麗公司的做法。

1971年，該公司在世界上率先實現碳纖維量產，投入超過1400億日元從事研發，但一直虧損。

直到2003年，該公司籤訂波音787合同後，情況才有所好轉；2011年，東麗公司發展進入穩定盈利期。從研發到穩定盈利，東麗公司耗時40年。

值得一提的是，東麗公司將碳纖維研發中每個階段的貢獻者製作成一張圖譜。

「把發明人的名字寫到材料上、寫進歷史裡。」

劉忠範非常欣賞這種做法，因為這種做法滋養了工匠精神，即追求極致、不屈不撓。

在劉忠範看來，新材料研發恰恰需要這種精神。

「沒有紮實的基礎研究，就很難形成核心競爭力。」

他同時強調，不能一味搞基礎研究，漫無邊際、沒有針對性的基礎研究很難帶來材料製備上的真正突破。

2008年，劉忠範所在的北京大學團隊走進石墨烯的世界，並在2009年啟動石墨烯薄膜的化學氣相沉積成長方法研究。

用劉忠範的話說，前五年他們都在從事基礎研究，發表了許多高質量文章。

因種種原因，劉忠範下定決心開展產業化。

但他發現，僅靠大學實驗室很難開展產業化。

於是，在劉忠範等行業專家的倡導下，相關工程中心、企業聯合實驗室等機構相繼成立。

「從關注科研進展到醉心產業化」，劉忠範感慨頗多，其中之一就是，基礎研究所具有的發散思維，和產業化的思路完全不是一回事。

今年11月，劉忠範團隊在ACS Nano發表展望文章，繪出了CVD石墨烯薄膜生產技術路線圖，明確指出了單層催化生長、多層催化生長以及直接無轉移生長等三大技術路線。

「在這一領域，我們在國際上是領頭羊。」從實驗室樣品到規模化產品，劉忠範用「跨越」兩個字來形容。他表示，「沒有規模化製備上的突破，就不可能有成熟的石墨烯產業」。

「基礎決定實力，工藝決定質量，裝備決定勝負。」劉忠範總結道。

讓科學家和企業家同乘一條船

劉忠範根據Gartner技術成熟度曲線判斷，石墨烯產業炒作期已過，市場漸趨冷靜。

2018年10月25日，北京石墨烯研究院（以下簡稱BGI）揭牌成立，這是劉忠範團隊開展產業化的關鍵一步。

有人認為劉忠範是把在北京大學的研究成果拿到該研究院進行轉化。

「這是誤解。」他表示，他們正致力於探索建立新型研發機構。

劉忠範介紹，BGI瞄準石墨烯產業，就是要打造核心競爭力，包括引領全球的石墨烯材料及其製造裝備、原創性的石墨烯應用產品與核心技術、定製化的技術研發服務和理想的創新創業平臺。

其中，劉忠範把定製化的技術研發服務稱為「研發代工」，這也是BGI的特色。

所謂「研發代工」新模式，是針對企業的研發需求，在BGI成立研發代工中心，開展一對一的研發服務。

他進一步解釋道，不同於項目制的「一對多」，這種新模式屬於「一對一」。

「通過全過程利益捆綁，長期穩定地服務於企業的高技術研發，共同打造品牌產品。」

在劉忠範看來，這種模式可以讓科學家和企業家同乘一條船。

截至目前，BGI在全國已成立多個研發代工中心，效果也正在顯現，如石墨烯航空輪胎已經在路上試驗。

劉忠範希望石墨烯的應用領域不僅僅在新能源、防腐材料和大健康「三大件」上，還應有一批「殺手鐧級」技術，包括下一代變革性光纖技術、石墨烯烯基第三代半導體照明技術、新一代電池集流體、石墨烯烯蠶絲纖維等。

以石墨烯烯蠶絲纖維為例，劉忠範團隊研究發現，通過讓蠶寶寶吃石墨烯，吐出來的蠶絲可增強30%、韌性增強50%以上，「目前已經實現了小規模的生產」。

劉忠範表示，他們打造以BGI為核心的千億級石墨烯產業網絡，走出北京、走向全國是關鍵。「目前BGI已在福建、寧夏等地成立分中心或分院。」

打造核心競爭力和通過「研發代工」直接對接市場需求，已經成為BGI發展的「雙輪」。

前不久，《科學》雜誌發表文章介紹了BGI這種「雙輪驅動」模式。

文章指出，「雙輪驅動」模式既布局現在，同時也布局未來，這是高科技產業可持續發展的關鍵；「研發代工」模式有著巨大的發展潛力，不僅展示知識的力量，也將展示出知識的財富價值，讓科學家們既有成就感，又有獲得感。

《中國科學報》 (2020-12-17 第3版 信息技術)

編輯 | 趙路

排版 | 郭剛