自诺贝尔奖颁给石墨烯以来，各国政府、学术界和产业界对石墨烯的热情与日俱增。理想的石墨烯材料具有优异的光电和机械性能，被誉为“材料新贵”，然而如何才能找到石墨烯材料“杀手锏”应用，人们都还在探索。

近期，中国科学院院士、北京大学化学学院教授刘忠范接受了《高科技与产业化》杂志专访。作为石墨烯研究领域的专家，他认为，中国石墨烯研究一方面需要加强顶层设计，增加基础研究的投入强度，避免撒“胡椒面”式的项目支持以及“小作坊”式的零散研发；另一方面需要产业链与创新链的紧密融合，真正突破核心技术，才能避免以往材料研究“起大早，赶晚集”的窘境，为中国新材料研发提供可借鉴的经验。

诺奖效应

本刊记者：近些年，石墨烯引起了大众的广泛关注。您认为这种背景的原因有哪些？

刘忠范：石墨烯现在的确非常热。我认为主要的原因有二：一是“诺奖效应”，从2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov公开发表关于石墨烯的第一篇文章，到时隔6年之后获颁诺贝尔奖，对石墨烯热潮起到了很重要的推动作用。从最初的纯粹基础研究，到现如今的产业化发展，不过10年多一点时间。虽然现在还谈不上产业化有多大突破，但发展速度确实非常之快；二是跟石墨烯材料本身的优良特性有直接关系。石墨烯号称是新材料之王——具有最高的热导率、极高的导电性以及远高于钢铁的机械强度，并且质量非常轻和柔性，从本性上就决定了它的光明前途。

   在这一进程中，中国无论是石墨烯基础研究还是产业化，都是世界上规模最大的，对于推动整个行业发展的贡献不容忽视。

    本刊记者：目前中国在石墨烯研究和产业化方面有哪些特色？

刘忠范：现阶段国内关于石墨烯的研究有两个方面比较突出：一是制备，无论是基础研究，还是规模化、产业化制备，在国际上都处在第一方阵中。石墨烯可分为两大类：一类是粉体石墨烯，国内现在可达到每年千吨级产能规模；还有一类是薄膜石墨烯，国内的产能接近百万平米/年。从这个意义上讲，制备应该是我国的一大特色，也有一定优势。

第二就是石墨烯材料的应用研发。最有代表性的是锂离子电池的导电添加剂和超级电容器，研发队伍非常庞大。应该说，此类工作门槛相对较低，市场也相当大。像深圳贝特瑞公司，作为全球最大的锂离子电池负极材料供应商，正积极引领石墨烯在这方面的应用研发工作。

另外石墨烯薄膜的应用研发也是中国石墨烯研究的一大亮点，重庆墨烯科技有限公司已经把石墨烯薄膜用到手机触摸屏和散热上。据说手机电池也是添加了粉体石墨烯。

本刊记者：据您了解，欧盟旗舰计划的研究模式与中国在石墨烯领域的规划有何不同？

刘忠范：对于石墨烯的关注点，国外和中国还是不太一样的。欧盟石墨烯旗舰计划有一个很重要的特点是将高等学校、科研院所和企业整合起来，共同参与，联合推进。石墨烯旗舰项目计划十年投资10亿欧元，关注更多的是前瞻性石墨烯产业，希望确保欧洲占领未来石墨烯产业化的制高点。

我个人认为，石墨烯的应用可大致分为近期、中期和远期发展目标。近期目标门槛比较低，比如超级电容器、锂离子电池、导电油墨、防腐涂料等，我国关注比较多；但是对于基于石墨烯的高端光电器件，比如射频器件、柔性电子器件以及光纤通信部件等中远期目标，投入较大，国内做的就比较少，而欧美国家更关注这些石墨烯高技术研发工作。

产业化短板

    本刊记者：国内许多企业并不具备自主研发能力，像远期的集成电路等技术，他们认为门槛特别高，发源地应该是在高校和科研院所，由高校和科研院所先做出这种高端的技术，再慢慢转移辐射到企业来。您怎样看？

刘忠范：我不太赞成这种说法。实际上国内一直在提倡产学研结合，实现创新链与产业链的真正融合。当然，就现实而言，这种真正有效的融合还有很长的路要走。一般来说，从基础研究到产业化的链条中有一个中间环节，主要是技术的熟化和工艺放大工作。大学科研团队的骨干力量是研究生，他们更愿意、也更适合做一些具有挑战性的基础研究课题，这样可以发好文章，将来到国外继续深造。这里产生的某些具有应用前景的研究成果需要做大量的工艺放大实验以及装备研制工作，而这常常是大学科研团队的短板，研究生时间有限、背景单一且兴趣不浓。对于承担产业化主体的企业来说，又不甚愿意承接这种过于基础性的研发任务，他们更愿意寻找技术上和工艺上都十分成熟的研究成果。这就造成了中间环节的严重缺失，这也是当前我国基础研究领域和产业界的巨大鸿沟所在。

我并不赞成大学教授自己办公司，尽管似乎很容易填补这个鸿沟。事实上，教授办公司很难真正走向成功，大多数情况下会变成小作坊，赚点小钱而已，而代价是丢掉了自己的特长，甚至是自己的专业。我个人认为，一个有效的做法是，把大学高水平的研究团队与有实力并有战略眼光的企业绑定起来，建立长效的联合实验室，制定共同的攻关目标，充分发挥各自所长，不断地实现基础研究成果的产业转化。在这里，企业的作用是提供足够的研发经费以及清晰明确的牵引目标；而科学家的责任是组织技术研发团队，把有应用潜力基础研究成果打造成真正具有实用价值的成熟技术，以此形成一个基础研究、技术研发和产业化推进的完整链条。这种长效的联合实验室机制，既可以解决企业基础研究力量不足的现实问题，又弥补了大学教授直接面向产业化的弊端。目前我们的企业缺少竞争力，是因为缺少核心技术，而其深层原因是基础研究投入严重不足。这种模式不失为一种行之有效的解决方案。

    本刊记者：在与企业合作的过程中，对于支撑中间环节的这个研发团队，您觉得应该由什么样的成员来组成？

   刘忠范：我觉得需要对真正有实用价值的技术研发有浓厚的兴趣。以我自己与企业建立的联合实验室为例，团队成员分A、B角儿两组，A组重点关注新原理和新技术探索，从源头出发源源不断地给从事产业化技术研发的B组提供创新性的解决方案；而B组则致力于技术熟化和装备研发工作，主力军是专职技术研发人员和博士后，而不完全是研究生。

本刊记者：现在国家也出台很多政策，鼓励创新创业。石墨烯领域的创新，科研人员和企业应该如何定位？

刘忠范：鼓励科研人员创新创业，我更愿意理解为科研人员不要把自己的研究成果束之高阁，应该以某种形式或者通过某种途径让其真正有用。我一直认为，石墨烯的未来毋庸置疑，前途光明，潜力巨大。我们国家拥有着世界上最为庞大的基础研究和产业研发团队，但弊端也非常明显。目前国内真正从事石墨烯产业研发的大企业并不多，基本都是小作坊式的企业模式，其中不乏科学家创办的小公司，可以赚点小钱，但无法进行近、中、远期战略布局，从而很难形成核心竞争力。一旦国外大企业参与国内竞争，只有两条出路，或者面临破产，或者沦落到产业链的底端。

撒胡椒面不可取

本刊记者：核心竞争力有赖于好的顶层设计，有人提出国家应该建立石墨烯领域共性的技术平台，类似于工程中心，对于这种技术平台，您有什么建议？

刘忠范：我觉得这是一个好的做法，可以减少重复性投入。当你有一个高端平台的时候，可以集中投入，集中体现产学研相衔接的各个环节，体现国家意志。英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院的投入是6100万英镑，加上研发中心的6000万英镑，一次性投入有十多亿人民币，可以集中力量做真正的技术创新。反观我国的石墨烯研究，尚无专门的支持计划，相关投入加起来也就是十亿元量级，支撑着世界最大的石墨烯研究团队。这种撒胡椒面式的投入，导致大家只能“小打小闹”和大量低水平的重复劳动，难有大的作为，同时造成巨大的浪费。换句话说，缺少顶层设计和规划，将很难实现关键技术上的突破。

本刊记者：曼彻斯特大学投了很多钱给石墨烯研究院，他们是采用何种机制来实现责权利的对等？

刘忠范：我对具体的运行机制和细节不是很清楚，但他们有从事基础研究的团队，以诺贝尔奖获得者Andre Geim为代表；还有非常接地气的技术研发团队，例如石墨烯灯泡、重水分离等，企业也参与其中。

其实科技部原部长徐冠华也提到了我们科研的短板：要做到基础研究的顶天和应用研究的立地都是很难的，而我们国家常常处于一个中间状态，既不顶天，也不立地，原始创新和核心技术突破往往都很少。但这种情况也不怪科学家，实际上我们中国的科学家是很努力的，问题在于我们现行的急功近利的、简单数字化的经费分配机制和评价考核机制。

制备决定未来

   本刊记者：从实验室成果到产业化应用，您也在推动。实际上不仅是石墨烯，中国的整个材料研发领域都缺失中间环节。

   刘忠范：确实是这样。我常常把石墨烯和碳纤维类比，日本东丽公司几十年来一直垄断着碳纤维行业。我们国家也组织了几次攻关，产量上去了，但高端产品还有差距，追根溯源还是关键的基础研究投入不够。按照我国的评价体系，不可能有人愿意几十年如一日地做简单枯燥的碳纤维基础研究，自然产业化技术也就没有竞争力。其实我们所有的材料研发都有类似的问题，什么都能够做出来，但是真正高端的材料总是做不好，因为缺少长期的坚持和持久的投入，这也是一种浮躁的研发文化。

石墨烯也是如此，制备决定未来，这是我的看法。实际上，人们所描述的石墨烯性质都是理想情况，现实的石墨烯产品差距非常大。石墨烯应用究竟能走多远，很大程度上取决于制备技术的发展。如果只关注简单的放量生产，几千吨、几百万平方米，就只能做些门槛低的、附加值也很低的应用，高端材料和核心应用还是会掌控在国外企业手中。

本刊记者：基础材料一直都是我国的短板，作为材料领域的专家，在推动产业化过程中，您认为哪些路径是我们可以尝试的？如何从评级机制着手，让科学家通过几十年来做一个东西，真正成为顶尖的关键的核心技术？

刘忠范：石墨烯或许可以作为一个样本，推动中国新材料研发体系的改革。石墨烯，至少是薄膜石墨烯的制备仍然存在许多挑战，自然也充满机会，就像当年的碳纤维一样。这里面既涉及到非常基础的科学问题，也涉及到生长工艺问题，还要体现在生长装备上。我们国家的装备研制尤其是弱项，投入也严重不足。石墨烯材料将来必定要走标号化的道路，而长期稳定的基础研究、技术和工艺研发以及装备研制是决胜未来的必经之处，这里需要统筹和总体布局，目前尚看不到这种迹象，令人担忧。

“杀手锏”应用还未出现

本刊记者：石墨烯这个行业并不像大家看着这么好，您是怎么看待近两年石墨烯的热？

刘忠范：表面上看石墨烯的门槛很低，但是要做好很难。石墨烯看似“万金油”，放在哪里都好使，其实这是不可能的。人们对于石墨烯的关注点应该放在其不可替代性方面，即离开石墨烯不行的杀手锏级的用途，这种用途到现在为止，还没有人找到。

本刊记者：您预计会在哪个领域首先发现石墨烯这种杀手锏级的应用？

刘忠范：这个不好说，我当然希望我们开辟的超级石墨烯玻璃领域成为这种杀手锏级的应用。经过数年的默默努力，我们已经攻克了在各种玻璃上生长石墨烯薄膜的关键技术。这种石墨烯玻璃不改变玻璃自身的原有形态，但却彻底改变了玻璃的性质，赋予了玻璃导电、导热、疏水、高强度以及生物相容性等诸多神奇的特性，在智能窗、触摸屏、透明电路、透明加热片、除雾器、雨雾收集、智能建材、实验器皿等领域有着广阔的应用前景。因此我们称之为超级石墨烯玻璃。我们的发展战略是，让石墨烯搭乘玻璃载体走向实际应用，走进日常生活，走向世界。我们期待着通过石墨烯带来传统玻璃行业的革命。

当然，杀手锏级的应用常常是出乎意料的，也许我们现在正在研究或者正在尝试的东西都不是石墨烯杀手锏级的应用。纵观材料的发展历史，我们会发现：有些应用很简单，却占领了市场，走进了千家万户，那才是杀手锏。

本刊记者：现在在实验室做石墨烯玻璃的成本是多少？

     刘忠范：现在我们还没有核算过成本问题，我们在努力攻克大批量制备的技术壁垒，发展简单可靠的工艺，以大幅度降低成本。

   现实的石墨烯薄膜是一种多晶膜，由无数的单晶畴区拼接而成，就像一件破衣服是由许多补丁缝起来的一样，每块补丁越大越好。目前铜箔上生长的石墨烯单晶畴区已经达到厘米级，通常这种大单晶材料长的非常慢，需要十几个小时。解决大单晶石墨烯的快速生长是一个巨大的挑战，需要通过基本原理的突破。我们的最新技术突破是十分钟长三毫米单晶，也是基于新原理的设计。基础研究的价值正在于此，没有原理性的突破，只是简单的工艺优化，是无法实现的......