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10月25日,北京石墨烯研究院揭牌成立.该研究院是由北京市政府、产业界和社会资本共同出资建立,计划于10年内投资20亿元,打造国内石墨烯领域政产学研融通合作的平台.由该研究院主办的“北京石墨烯论坛2018”也趁势于10月25至26日举行.在听到此信息的10月14日,《环境与生活》杂志记者就提前参观了北京石墨烯研究院并采访该院院长刘忠范.
我国石墨烯学术研究“井喷”
刘忠范院长现在是北京大学纳米科学与技术研究中心主任、中国科学院院士,同时还担任全国政协常委、九三学社副主席和北京市政协副主席.早在十年前,刘忠范院士便带领他的团队投入石墨烯领域的研究.他对《环境与生活》记者分析了眼下我国石墨烯产业的现状及发展方向.
刘忠范院士介绍,2010年石墨烯诺贝尔奖诞生之后,我国出现了石墨烯热,目前有5000多家企业宣称涉足石墨烯业务.全国各地成立了40多家石墨烯研究院、石墨烯产业联盟和研发中心.相应地,我国石墨烯的学术研究也出现了“井喷”,从2011年开始,我国发表关于石墨烯的学术论文跃居世界第一,总数近6万篇,而第二名的美国才2万余篇.据今年3月份的专利统计,中国申请的石墨烯专利总数占全球54.14%,第二名美国是11.53%.
亮眼数据背后的问题
刘院士说：“然而,这些数据能证明我国在石墨烯领域领先世界吗？没那么简单,数据背后的问题让人忧心.”他介绍,国内石墨烯行业非常急功近利,过于关注短平快的东西,从石墨烯电暖画、石墨烯电池、石墨烯涂料,到石墨烯口罩、石墨烯内衣内裤、甚至石墨烯首饰等等.据统计,仅从事石墨烯涂料的企业就超过700家,可谓是“群雄混战”.不可否认,中国的石墨烯行业,拥有一大批兢兢业业的耕耘者；同时也的确存在着良莠不齐的现象,其中不乏背离科学的、投机性的概念炒作,影响了石墨烯产业健康发展.
“鸡蛋模型”打造石墨烯核心技术策源地
《环境与生活》记者问,国内石墨烯产业出现一些乱象,那么现在国际上是怎样发展石墨烯产业的？
刘院士介绍,欧盟有个著名的石墨烯旗舰计划,2013年启动,10年内投资10亿欧元,通过产学研协同创新,引导石墨烯新材料从实验室走向产业.英国在2015年初投资约6亿元人民币在曼彻斯特大学成立了国家石墨烯研究院（NGI）,致力于石墨烯的应用基础研究.“今年初,在西班牙巴萨罗那召开的世界移动通信大会上,专门设了一个石墨烯展厅,展出了国际上的最新研发产品,包括：石墨烯调制器和光探测器、柔性逻辑电路、柔性微波通讯器件、太赫兹传感器、广谱红外传感器、柔性NFC天线、石墨烯汽车以及石墨烯海水淡化技术等.与国内关注的重点根本不在一个频道上.这些高大上的东西显然暂时还带不来实际利益,但是体现了石墨烯材料的真正价值所在,必将成为未来石墨烯产业的关键技术.”
刚刚揭牌成立的北京石墨烯研究院可谓高端大气,邀请诺贝尔奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士担任名誉院长.针对研究院未来怎样发展的问题,刘院长表示：“我们成立北京石墨烯研究院,目的就是打造未来石墨烯产业的核心竞争力.研究院的定位是,石墨烯产业核心技术策源地、石墨烯原材料制备技术和装备研发基地、面向企业的‘研发代工’平台、以及政产学研高效协同创新的新型研发机构示范区.我们绝不争抢眼前利益和一时的产值,而是践行工匠精神,制备最好的石墨烯材料,探索石墨烯的‘杀手锏’级应用途径.希望能够创出一条新路,让科学家更有成就感和获得感,让企业更有竞争力.”
对如何创新机制,打造核心竞争力,掌握“杀手锏”,刘院士很形象地用“鸡蛋模型”来加以说明.他解释,鸡蛋模型的核心“蛋黄部分”是面向未来石墨烯产业的核心技术研发团队,布局今后5年、10年、甚至20年的石墨烯核心技术研发,充分体现国家意志；“蛋清部分”是面向企业的“研发代工”平台,解决企业的石墨烯研发需求；“蛋壳”则是面向真正的市场,扎实推进产业化落地,而不是满足于发表文章和申请专利.刘忠范指出,北京石墨烯研究院正在探索一条全新的政产学研协同创新之路,通过政府和社会资本的共同投入实现“双轮驱动”.一方面通过坚持不懈的原创性和颠覆性技术研发,争夺未来石墨烯产业核心竞争力,体现国家意志和战略布局；另一方面通过“研发代工”直接对接市场需求,确保研究院的“市场牵引”特色和可持续发展能力.
刘院长向《环境与生活》记者介绍,北京石墨烯研究院目前主要有四大业务板块：石墨烯原材料规模化制备技术和装备研发；面向未来石墨烯产业的核心技术研发；面向当前市场的企业研发代工；吸纳全球研发资源的石墨烯众创空间.刘院长说,“面向企业的研发代工,是北京石墨烯研究院的重要机制创新.”
研发代工,就是针对特定企业的研发需求,组建由高水平专业人员构成的专门研发团队,面向市场需求开展化的技术研发.与用户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,实现从基础研究到产业化落地的无缝衔接.刘院士指出,“研发代工”可以有效解决企业、尤其中小型企业研发力量不足、缺少核心竞争力的难题.通过这种全新的合作模式,企业建立了专属于自己的研发平台,了偏远地区企业人才吸引力不足和研发文化匮乏的难题.与此同时,可有效解决我国基础研究与产业脱节严重、成果转化率低的难题.研发代工团队直接对代工企业负责,有着明确的技术和市场目标,避免了当前高校和科研院所“闭门造车”、成果不接地气因而难以转化的现实问题.他指出,北京石墨烯研究院将努力推进研发代工平台建设,对接全国的石墨烯研发需求,成为中国石墨烯产业的基石和推进器.
改变小微企业群雄乱战局面
针对我国石墨烯行业当前面临的短板,刘忠范院士说：“石墨烯被认为是21世纪的战略新兴材料,有望给许多产业带来革命性的变化.我们要争夺石墨烯产业的核心竞争力,需要的是体现国家意志和战略布局.不能一哄而上,低水平竞争.这样的结果必然是一哄而散.”政府部门要在当前的石墨烯热中保持冷思考,既不能头脑发热,搞全民大跃进；也不能无动于衷,错失发展新兴产业的良机.
“我们宝贵的石墨矿资源都白菜价卖掉了”
除了国家从战略层面上重视石墨烯外,刘忠范院士还建议科研评价机制要改革,跟上时代的发展.他说：“一定要改变当前盲目追求发表论文为导向的科研评价机制,引导广大科研人员去从事真正有价值的研究,或者上货架,或者上书架,让国家对石墨烯研发的投入开花结果,而不是花大笔钱从国外买一大堆昂贵的设备,制造出一堆所谓的高水平论文,发到国外期刊上.”
刘院长强调,石墨烯新材料研究必须克服严重的科技与经济两张皮现象.一堆人在盲目地发文章,另一堆人在急功近利地开发廉价的石墨烯产品.针对未来石墨烯产业的关键技术问题,从扎扎实实的基础研究做起,不懈地坚持下去,真正打造石墨烯产业的核心竞争力,这一点极为重要.
刘院长说,很多人有一种错误的认识,把石墨烯与石墨矿混为一谈.从石墨矿出发,经过复杂的物理化学过程,可以制备出石墨烯.这是制备石墨烯的一种工艺方法,但绝非唯一的方法,也未必是最优的技术路径.实际上,我国拥有最丰富的石墨矿资源,天然石墨矿占世界探明储量的75%,石墨原材料供应也占全球市场的70% 以上.刘院士不无痛心地说：“我们的石墨原材料都廉价出口了,几千块钱一吨,而我们的高端石墨用户又花十倍到几十倍的从国外进口,令人叹息.”刘院士还透露,北京石墨烯研究院的股东和合作伙伴拥有三个大型石墨矿,将布局石墨原材料的深加工,形成从石墨矿到石墨、石墨烯的全链条研发体系.
石墨烯产业的三种未来
如果国家从战略上重视石墨烯,并给予积极的扶持,政产学研协力推进,石墨烯这个产业究竟会如何发展？
刘院士认为有三种发展前景,一个是“碳纤维模式”.经过半个世纪的发展,碳纤维已成为航空航天和国防军工领域的“杀手锏”级材料.理论上讲,石墨烯材料在诸多方面优于碳纤维,如果能够在材料制备上做到极致,未来的石墨烯材料必将成为某些领域的“杀手锏”级存在.
第二个是“塑料模式”.100多年前,人们发明了塑料,给人类生活带来了极大的便利.石墨烯有着诸多优异的性能,显示出极为广阔的应用前景.在不远的将来,或许能够像塑料一样,浸透到人类生活的方方面面.
第三个是“硅材料模式”.硅是集成电路的核心材料,硅材料把人类带入了信息化时代,极大地改变了人类的精神生活.石墨烯的载流子迁移率远高于硅材料,有望成为下一代集成电路的支柱材料.或许未来的某一天,我们会进入“石墨烯时代”.
采访最后,《环境与生活》记者问起北京石墨烯研究院未来将扮演何种角色,刘忠范院长强调：“发展石墨烯新材料产业没有捷径可走,需要不屈不挠的坚持和敢为人先的气魄.北京石墨烯研究院将勇于担当,肩负起时代赋予的重任,做石墨烯产业的铺路石和开拓者”.
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参考文献：
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