“双新”讲坛 | 张保国：北京石墨烯研究院—从科技创新到产业化的跨越之路

编者按

为深入探讨新型科研组织如何更高效地赋能新质生产力发展，加快科技成果转化、促进经济高质量发展。合壹智库整理了来自学界、政界、产界专家对于“新型科研组织赋能新质生产力发展”的真知灼见，从一线管理到宏观把控，从实践摸索到政策优化，通过【“双新”讲坛】不定期推动系列文章，以飨读者。

石墨烯，作为一种具有革命性潜力的二维材料，以其超高的导电性、导热性和力学性能被誉为“21世纪的新材料之王”。自2004年首次被发现以来，石墨烯的应用前景备受关注，吸引了全球众多科研机构、企业和政府的支持。

然而，要真正实现石墨烯技术的产业化，既需要从基础研究到技术突破的创新，也需要通过精准的产业化路径，将技术从实验室转化为商业化应用。北京石墨烯研究院（以下简称“石墨烯研究院”）正是这一进程中的先锋力量。自2018年正式揭牌以来，石墨烯研究院一直致力于推动石墨烯材料的研发和产业化，逐步实现了从科学发现到技术转化，再到产业化的多重跨越。本文将详细介绍北京石墨烯研究院在技术研发、产业化推动和体制创新方面的实践与成就。

壹  石墨烯的科技突破与全球发展趋势

石墨烯是一种由碳原子以六角形排列构成的二维材料，因其独特的物理性质而被誉为“万能材料”。它不仅具有超高的强度、优异的导电和导热性能，还拥有极轻的质量和薄的厚度。石墨烯的发现者安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖，这一成就也证明了石墨烯在科技领域的巨大潜力。全球各大科研机构和企业纷纷加入石墨烯技术研发的行列。欧盟、美国、日本、韩国等国通过设立专项研究计划，推动石墨烯技术的基础研究与应用开发。我国在石墨烯研究领域取得了显著进展，不仅在学术论文和专利申请数量上遥遥领先，而且在石墨烯的应用领域，如大健康、电子产品和新能源等方面，取得了初步的产业化突破。

然而，尽管我国在石墨烯领域的基础研究和专利申请成绩斐然，国内石墨烯产业整体仍面临技术瓶颈、应用场景未完全挖掘、产业链不完善等问题。当前，市场上的石墨烯企业大多规模较小，创新能力不足，尤其缺乏产学研用高效协同的创新链条。因此，如何在保持技术领先的基础上，推动石墨烯产业的高效转化，是我国石墨烯行业亟待解决的问题。

贰  北京石墨烯研究院的创立与发展

作为北京市首批的新型研发机构，北京石墨烯研究院自2018年成立以来，始终秉承“创新驱动、产业引领”的发展理念，致力于将石墨烯技术从实验室走向产业化，并成为中国乃至全球石墨烯产业的领军者。研究院坐落于中关村科技园区，拥有两栋大楼，总面积达两万平方米，配备了一流的软硬件科研环境。作为全球最大规模的石墨烯研发和产业化团队，研究院现有科研人员363人，公司团队101人，总计464人，已成为中国石墨烯领域的国家战略科技力量。

石墨烯研究院依托于强大的技术研发能力和产业化平台，联合国内外知名高校和企业，形成了产学研深度融合的创新链条。研究院目前已成立北京市新型研发机构、国家自然基金“石墨烯制备科学”基础科学中心、国家石墨烯材料产业计量测试中心、北京市重点实验室等多个国家级和省部级科研平台，并拥有国家级博士后科研工作站和工程博士招生资格。此外，研究院于2024年11月在河南郑州建立BGI中原石墨烯实验室，中原石墨烯实验室和北京石墨烯研究院是双极驱动，错位发展，北京总部主要做材料的研发、中试和装备制造，中原石墨烯实验室主要结合本地产业做定制化的应用研发。

从0到1的技术突破离不开强大的基础研究支撑。北京石墨烯研究院通过持续的技术创新，逐步攻克了石墨烯材料制备中的多项技术难题，为产业化提供了有力的技术保障。研究院率先开展了石墨烯在金属镍表面的偏析生长方法研究，如今镍和铜已成为石墨烯高温生长的两大通用催化剂，成功制备出超洁净石墨烯薄膜，展现出接近理论极限的优异物理性能，代表着目前石墨烯材料制备领域的最高发展水平；发展了一系列大单晶畴区石墨烯薄膜的快速生长方法，首次实现了4英寸/6英寸/8英寸无褶皱石墨烯单晶晶圆、A3尺寸高品质石墨烯薄膜以及卷对卷石墨烯薄膜的可控生长及中试规模的量产。

针对石墨烯薄膜的剥离转移难题，研究院通过自主研发，成功突破了洁净无损转移技术，实现了中试规模石墨烯材料的绿色无损转移。2023年研究院首创“超级蒙烯材料”新概念，通过持续不断地研发和技术攻关，成功制备出蒙烯玻璃纤维、蒙烯氧化铝纤维、蒙烯碳化硅纤维、蒙烯陶瓷粉体等超级蒙烯材料，其中明星材料产品蒙烯玻璃纤维材料拥有超高的电热转换效率，已在飞行器防除冰领域取得了巨大成功，实现了每年千万元量级的供货能力，成为最先实现产业化的石墨烯新材料，目前正在拓展风电叶片、轨道交通等应用市场。

实现石墨烯技术的产业化是北京石墨烯研究院的核心目标。为了实现技术从1到10的快速转化，研究院在多个方面采取了创新举措，确保科研成果能够迅速转化为市场化产品。首先，研究院积极推进石墨烯新材料的产业化应用和产品开发，成功开发出石墨烯气液分离膜、石墨烯冷冻电镜载网、石墨烯水氧阻隔膜等极具市场竞争力的产品，其中石墨烯冷冻电镜载网在全球数百家科研团队得到应用。研究院成立了未来实验室，持续布局石墨烯新材料在电热转换、导热散热以及电磁管理方面的应用技术和产品开发，在工业烘干、空天加热、电池散热、电磁管理等方面与多个国内外企业合作，提供从技术研发到产品开发的全链条服务。

第二，研究院注重产学研用的紧密协同，通过与高校、企业的合作，共同推动技术的研发和市场化应用。研究院与国内外多家大型企业、科研机构建立了战略合作关系，成立了协同创新中心、联合实验室等创新平台，通过合作开发和利益共享，推动石墨烯技术的应用开发与产品开发。

第三，研究院不仅在北京建立了产业化基地，还在河南郑州建设了BGI中原石墨烯实验室，引领当地碳材料产业发展。研究院通过区域协同，推动了石墨烯技术的全产业链发展，形成了包括石墨烯材料、装备制造、应用开发等多领域的产业生态。第四，政府的支持是研究院顺利推动产业化的关键因素。通过获得政府的资金支持和政策优惠，研究院能够加速研发进程和市场推广。同时，研究院还通过与资本市场的合作，推动了技术成果的快速转化。

叁  石墨烯研究院的体制机制探索与经验分享

石墨烯研究院的成功并非偶然，其背后有一套完善的创新体制和机制保障。研究院通过一体两翼的组织架构，成功打通了从基础科研到技术转化，再到产业化的多个关卡。

一是“一体两翼”“一对一孵化”的产学研协同创新机制。研究院将基础研究与产业化紧密结合，研究院负责技术研发和支撑，而公司专注于成果转化与市场化应用。通过这一机制，打通了从技术源头到产业化的完整链条，形成了共同利益和高效协作。与北大等高校的深度合作，进一步加强了创新链条的流畅性。公司通过股权设计和战略委员会的治理机制，确保了产学研深度融合，推动了长期价值和技术驱动的合作模式。尽管石墨烯行业当前面临产业萎缩，研究院和公司依然致力于通过孵化多个业务板块，力求打造千亿级的石墨烯高新技术企业。

二是研究院采用研产协同的组织架构，将科学家、工程师和企业家紧密结合，共同推动技术创新和产业化，实现技术成果的高效转化。研究院通过设立基础研发部门、研发与转化平台部门和市场与产业推进部门，以“服务支撑-技术研发-中式孵化-产业推进”的一体化模式，使得每一项技术成果都能在最短的时间内转化为产品并进入市场，实现了科研资源与产业需求的高效匹配。

三是人才赋能，用人才的“活水”浇灌新型研发机构的科创“高地”。首先，要求研究带头人以专职的方式加入研究院，确保研究团队的稳定性。其次，建立高层次人才培养机制，如包括硕士/博士培养试点和国家级博士后工作站，保证源源不断地人才加入研究院。第三，建立自主职称评价的机会，为科研人员提供相应的上升通道。为人才赋能提供源源不断地“活水”。四是重视产业化目标导向的基础研究。研究院坚定的做以产业化目标为导向的基础研究，研究院根据我国石墨烯产业总体发展战略，从基础研究出发，突破石墨烯材料制备领域的理论瓶颈、技术瓶颈、工艺瓶颈和装备瓶颈，为未来石墨烯产业的全球竞争奠定坚实的材料基础。

截至2024年12月，累计在Science、Nature系列等国际一流期刊发表石墨烯相关高水平论文386篇。截至2024年12月，累计申请专利438项，其中发明专利356项，实用新型82项，已授权专利156项。五是打造文化品牌，建设创新高地。研究院将“北京石墨烯论坛”打造为促进石墨烯领域学术和产业交流的国际著名品牌，截至2024年，论坛已成功举办7届，形成了巨大的影响力。此外，研究院还创设了《墨园时讯》、《BGI工作简报》、《研发简报》分享研究院的大事小情。

总结

新型研发机构区别于传统研发机构的一点就是要在顶层设计中引入产业要素，面向需求端的应用场景做研发，通过各种各样的模式强化企业主导、产学研协同的有组织科研。北京石墨烯研究院张保国副院长认为，新型研发机构是产学研深度融合机制的一个探路者，应当既有稳定的研发投入机制，有高强度的政府经费支持，也应当是弘扬企业家精神，全力开拓应用市场，需求牵引组织科研实现转化的公司。其核心一点就是产业牵引，用市场化的思维指导新型研发机构的建设。

本文作者｜张保国 北京石墨烯研究院副院长、中原石墨烯实验室副主任