从基础研究到产业化，打造千亿级“石墨烯产业树”——访北京石墨烯研究院院长刘忠范院士

2004年，Science 期刊向世人揭示了一种非凡的材料——石墨烯，这是一种由单层碳原子构成的二维材料，兼具优异的力学、导电、导热性能和极强的化学稳定性，由此开启了人类对石墨烯这一未来革命性材料的研究。历经二十载春秋，石墨烯的研究从狂热炒作回归理性轨道，稳步实现从实验室向产业化的跨越。

时至今日，石墨烯不仅助力航空设备逐梦蓝天，还广泛渗透至民生领域的方方面面。这一系列成就的背后，凝聚着刘忠范院士团队的不懈努力与执着追求。近花甲之年，刘院士毅然创立了北京石墨烯研究院 （简称：BGI），全身心投入到石墨烯的产业化推进。近日，仪器信息网有幸采访了刘院士，聆听他与石墨烯的不解之缘，以及石墨烯产业化道路上取得的最新进展与成就。

刘忠范，中国科学院院士，北京石墨烯研究院院长，北京大学博雅讲席教授。中国国际科技促进会副会长。“物理化学学报”主编、“科学通报”执行主编。九三学社中央副主席、北京市委主委；全国政协常委、北京市政协副主席。主要从事石墨烯等纳米碳材料、二维原子晶体材料和纳米化学研究，发表学术论文700余篇，申请发明专利150余项，主编出版专著、译著、科普著作、个人文集、丛书、行业研究报告12部。现任国家自然科学基金“石墨烯制备基础科学中心”学术带头人，曾任国家攀登计划（B）、973计划、纳米重大研究计划项目首席科学家、国家自然科学基金“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人。

从碳纳米管到石墨烯，从基础研究到产业化

访谈初始，刘院士风趣地分享了他的科研轨迹，自1998年起便与碳纳米管结缘：“石墨烯与碳纳米管在制备方法、表征手段以及应用领域等方面都颇为相似，单层石墨片卷起来就是碳纳米管。我时常开玩笑说，如果当时不卷起来，石墨烯或许就是我们发明的。”

2004年10月22日，首篇石墨烯研究的论文一经问世，便引发学术界广泛关注，众多碳材料研究者开始转向石墨烯研究领域。刘院士表示：“老实说我也动心了，但我的原则是不轻易介入，要介入就全力以赴。”

经过三年多的慎重考量，2008年，刘院士用半年时间遍访全球，深入了解石墨烯的发展态势，最终下决定全力投入。“这一决定主要基于两点考虑：一是我们在碳纳米管领域积累的深厚基础，为石墨烯的研究提供有力支撑；二是相较于碳纳米管，石墨烯在产业化实用化方面展现出更为广阔的潜力。”刘院士回顾总结科研生涯中这一重要转折与抉择。

2010年，石墨烯的发现被授予诺贝尔奖后，热度迅速攀升，吸引了产业界和政府的高度关注，中国随即掀起了一股石墨烯热潮。作为基础研究者，刘院士始终密切关注石墨烯的未来应用前景，并深知新材料的市场化需要时间和耐心，仅靠发表论文解决不了实际应用问题。与此同时，石墨烯的过度炒作也引起了学术界的质疑。刘院士意识到其团队应该有所行动，积极探索如何将基础研究转化为实际应用。由此，踏上了推动石墨烯基础研究向产业化迈进的征程。

“从基础研究到产业化并非易事。”刘院士坦言，“在实验室里带领学生发表文章相对简单，但要将研究成果推向实际应用，则涉及诸多复杂因素。”面对这一挑战，刘院士的团队历经数年，先后创立了北京市低维碳材料科学与工程中心，并与企业携手建立了联合实验室和研发中心等。然而，这些实验室与中心在产学研协同创新方面仍面临诸多难题。

为推动成果转化，刘院士在体制机制创新方面不断探索。彼时，他还兼任北京市科学技术委员会副主任，牵头制定了北京市石墨烯十年发展规划，并亲自部署落实。同时，在北京市的大力支持下，2016年10月25日，承载着石墨烯技术产业化重任的北京石墨烯研究院完成注册。两年后，即2018年10月25日，BGI正式揭牌运营。

BGI研发大楼

谈及选址过程，刘院士分享道：“整个过程颇为曲折，最终我们选择了离北京大学较近的智谷中心。这一选择背后有着深思熟虑的考量。新型研发机构需要依托坚实的研发基础和牵头单位。北京大学在石墨烯研究领域一直有着深厚的积累，而我们团队也是该领域的先行者之一。北京大学不仅拥有强大的研发实力，还汇聚了丰富的人力资源和人才储备，这些都为项目的顺利推进奠定了坚实的基础。因此，由北大来主导这一项目，可以说是顺势而为。”

专注材料与装备研发，探索产学研协同创新新范式

石墨烯作为一种新材料，蕴含着巨大的市场潜力；但在其早期发展阶段，具体的应用方向尚不明晰。刘院士则坚信，材料是产业的基石。无论应用于哪个领域，优质的材料都是成功的关键。因此，自BGI创立伊始，便将打造高品质材料作为首要任务，并同步推进装备的自主研发，旨在确保材料制备过程的自主可控。

此外，刘院士还主动肩负起另一项使命，即探索一条符合中国国情的产学研协同创新模式，破解科技与经济发展脱节的问题。回顾自2018年以来的历程，刘院士总结道：“我们这两条路走的还不错，材料与装备研发、产学研协同创新的体制机制设计都很重要。现在看来，我们当初的使命、定位及追求目标都是比较准确的。”

六年间，BGI在石墨烯的研发与应用上取得了诸多成果。刘院士带领团队成功跨越了从实验室样品到规模化、工程化生产的鸿沟，实现了从单片到大批量一致性石墨烯的高质量生产，成功将多达十几种的石墨烯材料推向规模化生产阶段，同时将部分自主研发的石墨烯制备装备投放市场。

期间，BGI还将部分产品转化为落地商品，其蒙烯玻璃纤维材料已稳定实现了规模化供应。同时，该材料还拓展至风电叶片、地铁加热座椅及工业烘干电热等民用领域，展现出广阔的市场前景。

BGI石墨烯材料制备与应用场景示范

另外值得一提的是，BGI在石墨烯材料的原创性上实现了创新突破。石墨烯主要分为粉体材料和连续态的薄膜及晶圆两种形态。粉体材料已应用于电池导电添加剂等领域，但市场规模有限；而连续态的石墨烯材料，如薄膜和晶圆，虽性能优越，但商品化进程艰难，其未来五至十年的发展前景尚不明朗。

在此背景下，刘院士团队找到了一条中间道路——超级蒙烯材料，这是一种连续态的薄膜材料，将现有工程材料与石墨烯结合，具有独特的性能优势。刘院士预测，超级蒙烯材料将会是石墨烯粉体到薄膜晶圆过渡阶段的重要抓手，市场潜力巨大。以蒙烯玻璃纤维为例，BGI通过高温工艺将石墨烯直接生长在玻璃纤维上，借助玻璃纤维的广泛应用市场，成功实现了石墨烯的产业落地。可以说六年的时间，BGI成功实现了从实验室样品到规模化产品，再到实际应用的两大跨越。

超级蒙烯材料

访谈中，刘院士特别强调了另一重大突破，即成功探索并实践了“三位一体”的产学研协同创新机制。该机制以北京石墨烯研究院和北京石墨烯研究院有限公司为研发与产业化的核心组成，采用“一体两翼，一对一孵化”模式，专注于孵化出一家石墨烯材料大公司，解决研发成果产业落地问题。同时，挂牌北京大学石墨烯产业技术研究院，与北京石墨烯研究院“一体两面”，提供基础研究支撑，实现了资源的优化配置和高效利用。这种体制机制设计的创新不仅解决了科研人员的身份问题，还确保了研发工作的有序性和高效性，避免了小作坊式公司的出现。产学研协同的高效创新，为BGI快速发展奠定了坚实基础。

刘院士还谈到，BGI的成功并非源自孤立的闭门造车，研究院积极构建联合实验室与协同创新平台，与铁杆客户与用户紧密合作，共同研发并推动产品进入市场。这一高效的体制机制设计，让其产品能够迅速转化为商品，抢占市场先机。不仅如此，BGI还拓展了多元化的业务布局，成立了孵烯检测有限公司，进军检测市场，并设立孵烯装备事业部，孵烯纤维事业部等业务单元探索装备及材料应用市场。

“基于多年的合作关系，我们与HORIBA一拍即合，成立联合实验室，并与其前沿应用开发中心达成战略合作，希望通过相互借力，进一步开拓检测、装备等相关市场，携手共创更加广阔的发展前景。”刘院士如是说。

位于BGI质量检测中心的联合实验室

2023年，刘忠范院士在HORIBA战略合作伙伴揭牌仪式上与HORIBA集团社长Masayuki ADACHI博士合影

“全力以赴，推动石墨烯产业稳健前行”

石墨烯自从被发现以来一直备受关注，但也屡屡成为被炒作的话题；各类石墨烯“黑科技”层出不穷，真假难辨。为应对此现状，BGI自创立之初便构建了专业的检测平台与标准团队，旨在引领石墨烯产业健康发展。

检测中心斥资打造硬件设施，建有千级微纳加工超净室、电镜室、光谱室、物性测试室等专业实验室，并引入HORIBA LabRAM HR Evolution 拉曼光谱仪等先进检测设备，为石墨烯研究与检测提供了坚实支撑。同时，检测中心还成立了北京孵烯检测有限公司，致力于为我国石墨烯行业检测贡献力量。

BGI检测中心一隅

刘院士强调，BGI拥有一支由众多专家组成的研究团队，其检测中心能够为客户提供更专业、更可靠的解决方案。鉴于石墨烯材料的多样性及巨大应用潜力，标准建设至关重要。因此，检测中心还承担了石墨烯新材料及其产品的计量标准研究工作，并与HORIBA等铁杆客户一同参与制定多项石墨烯国家标准及企业标准。

检测与标准体系在石墨烯产业中发挥着正本清源的关键作用，为产业的稳健前行营造了良好的市场环境。当前，石墨烯产业在大规模制备、成本控制及寻找“杀手锏”级别的应用方面，仍面临大量挑战与机遇。

刘院士指出，石墨烯产业正处于起步后的爬坡阶段，要实现真正的突破，需要时间的积累以及那些对石墨烯充满热情与执着的研究者与企业共同努力。他建议，产业的发展路径可参考碳纤维产业的经验，如日本东丽公司的碳纤维从1961年研发至2011年实现盈利，历经50年。相比之下，石墨烯自2004年首次被报道以来，尽管仅用20年便迅速进入市场，但其全面成熟与市场的完全成型仍需时间的积淀，这是一个自然且必经的过程。

刘院士坚信，经过大家的共同努力，石墨烯产业将逐渐壮大。尽管这一过程需要时间，但他对未来充满信心，并将全力以赴推动石墨烯产业不断前行。

构建千亿级石墨烯产业生态，共圆产业梦

用石墨烯改变世界，用硬科技创造未来。作为BGI的“掌门人”，刘院士将BGI的发展历程划分为三个阶段。

第一个阶段为奠基期，即2018年至2023年，BGI成功建立了研发总部，公司亦稳步前行。

2024年，BGI迈入第二个五年规划期，推出两大核心战略举措：首先，跨越海淀，进军怀柔，全力推进装备制造与生产示范基地的建设；该项目自年初便着手策划，并已获得国家发改委的支持。其次，冲出北京，在河南郑州空港新区启动大型产业基地“中原碳谷”建设，专注于石墨烯应用场景的研发与布局。在北京，BGI聚焦材料制造与装备；而在郑州，则致力于石墨烯应用场景的探索，建设中原石墨烯实验室，并成立中原烯碳有限公司，以“一体两翼”模式，全力推动材料产业化进程。此外，BGI还将目光投向南方，计划在江苏建立电热技术研发中心，推动石墨烯在特定领域应用场景的落地。

“这些举措标志着我们未来五年将迈入跨越式发展的新阶段，全力抢占市场先机。放眼未来，我们的目标是打造一个千亿级的石墨烯产业树，其中主干为石墨烯新材料，未来我们将成为该领域的领军企业。而枝干则由我们的‘孵烯系列’构成，如孵烯检测、孵烯装备等，将逐一形成我们产业树的繁茂枝干。我们希望，在2035年我国初步建成社会主义现代化强国之时，我们也能实现BGI的中国梦、产业梦”，采访最后，刘院士对BGI的未来发展寄予厚望。

千亿级石墨烯产业树

后记：据统计，我国石墨烯专利和论文位居全球首位。然而，这些学术和专利成果对产业的实际助推作用有限，这与我国现行的科研评价机制密切相关。同时，产业化过程中面临诸多挑战和风险，使得科研人员不愿深入产业领域。此外，企业对未来的重视程度有限，更倾向于短期回报，缺乏在真正创新性技术研发上的投入。这些因素共同导致了“科技与经济两张皮”的现象。然而，当前国内外环境的变化带来了挑战，也催生了机遇。国家提倡把论文写在祖国大地上，破“五唯”等评价机制改革正在推进，为产学研协同创新提供了良好的契机。

刘忠范院士表示，“BGI积极探索产学研协同创新模式，期望通过体制机制设计推动科技成果转化，形成示范效应。我们的尝试虽然还处于起步阶段，但已经取得了一定成效。我们希望这一模式能够吸引更多人参与，共同推动我国高科技产业的发展。对于石墨烯产业而言，虽然目前尚未形成完整的产业链，但未来随着产业的发展壮大，必然会面临国际竞争。因此，我们现在所做的技术储备和尝试至关重要，可以尽可能减少未来可能出现的卡脖子问题。这也正是BGI存在的价值和探索的意义所在”。

采访合影留念（右二：刘忠范院士）