材料是產業的先導。我們常說的“卡脖子”技術深層次的根源是材料，材料是制約我國高科技產業發展的瓶頸之一。

抓住新材料，就抓住了新的發展機遇。發展新材料、開辟新賽道，是解決諸多“卡脖子”難題、實現跨越發展的關鍵抓手。

中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范

4月10日，由深圳創新發展研究院、中關村產業轉型升級研究院、深圳企聯等共同主辦的科技創新院士報告廳第12期開講，中國科學院院士、北京石墨烯研究院院長劉忠范以“新材料產業發展的底層邏輯：石墨烯的創新實踐”為題發表演講。

劉忠范院士認為，新材料產業的發展，要綁定龍頭企業，找到“殺手锏級”的應用場景，借力發力?，F狀是科學家做科學家的事，產業界做產業界的事，中間沒人管，導致技術創新鏈條中斷。因此，要解決好技術創新鏈條不完整的問題，重點布局鏈接基礎研究階段和產業化階段的中間環節，即材料工程化和規?；性嚟h節。

以下內容根據劉忠范院士演講記錄整理,經講者審訂。

一、來自碳纖維產業的啟示

碳纖維材料是60年前開始的競爭，碳纖維是一種非常重要的新材料，具有輕質高強等諸多優異特性。早年的碳纖維做釣魚竿、高爾夫球桿用，現在已成為航空航天、國防軍工、石油化工、風電葉片等領域不可或缺的存在。

目前，全球碳纖維市場需求已達20萬噸量級，且在迅速增長之中。全球碳纖維前五家企業占了全球62%的產能，其中日本占了3家，東麗、三菱麗陽和東邦，比例達47.3%，其余兩家是德國西格里和美國赫氏。

日本東麗公司應該是碳纖維產業的拓荒者和領頭羊，創造了近半個世紀的碳纖維材料研發歷史。

1961年日本東麗成立碳纖維研發部，到了1971年實現T300（1噸/月）的規模化生產，這個過程花了十年時間。我們現在講的T300、T800、T1000，還有M60系列產品，日本人早在上世紀80年代就完成了。

從1990年代開始，碳纖維開始在飛機上使用，例如波音777的尾翼等。真正的突破是用在波音787上，2003年東麗公司贏得了波音787的合同。波音公司要做新一代的大飛機，而“新一代”通常是從新材料入手。波音公司滿世界找材料，最終選擇了碳纖維。材料生產廠商和應用客戶的共同努力，使得碳纖維新材料找到了其“殺手锏級”的用途。

我要強調的是，日本東麗公司花了1400多億日元從事碳纖維新材料研發，一直處于虧損狀態，直到2011年才進入穩定盈利期，前后花了50年的時間。半個世紀的堅持，實屬不易。值得我們學習，更值得我們深思。

中國碳纖維的發展，可以概括為八個字：“起個大早，趕個晚集”。其實我們早在1960年代中期就開始了PAN基碳纖維的研究，跟日本差不多同步。1970年代初期，實驗室已經突破連續化工藝；1974年山西煤化所開始設計我國第一條碳纖維生產線，1976年建成中試生產線，1978年拿了全國科技大會獎，后來這條中試線整體搬遷到吉林石化。

實際上，1970年代的國產碳纖維與國外差別并不大，有關部門也高度重視這種新興材料。時任國防科委主任張愛萍主持召開了“7511”會議，先后組織了二十多家科研和企事業單位聯合攻關。由于知識產權歸屬問題，各部門難以協調，最后不了了之。知識產權算誰的？誰牽頭？誰獲益？這些無法回避的問題導致碳纖維新材料研發工作進展緩慢。這樣的事情現在也在不斷發生著，不同利益的主體一起搞創新，很難協同，結局就是轟轟烈烈開始，凄凄慘慘結局。

進入21世紀，師昌緒先生呼吁要大力發展碳纖維產業，引起政府有關部門的重視并采取了有力措施?！?63計劃”、“973計劃”相繼將碳纖維列入重點研發項目。2005年我國碳纖維企業僅10家左右，合計產能占全球的1%。2008年國企進入碳纖維行業，2010年碳纖維產能占全球高性能碳纖維總量的0.5%。2010年到2014年，產能從6445噸增至15000噸，產量從1500噸增至3700噸。2012年工信部“十二五”規劃碳纖維產能1.2萬噸/年，2017年達到2.6萬噸，僅次于美國和日本，占比18%。目前我國從事碳纖維復合材料研制及生產的企業近百家，產能千噸以上的有7家。大多數企業的碳纖維產品仍處于低端領域，普遍處于虧損狀態。

碳纖維產業給我們的啟示是什么？

一是耐心和堅持，東麗公司半個世紀的堅持最后成就了其碳纖維產業龍頭老大的地位。我們如果能夠堅持50年，做不到才怪，問題是我們有沒有這個耐心。

二是企業主導和領軍企業，任何科技創新成果最后必須通過企業才能落地。沒有企業主導，最后是落不了地的；而沒有領軍企業的存在，產業很難發展起來，1萬個小作坊企業也比不上1個龍頭企業。

三是綁定頭部企業和殺手锏級的應用場景非常重要。假如沒有波音公司的加持，碳纖維產業的大規?？焖侔l展很難想象。日本東麗綁定了波音公司，為其碳纖維材料找到了強大的市場牽引。這應該是新材料產業發展的一個規律，綁定龍頭企業，找到“殺手锏級”的應用場景，借力發力。

四是領頭人和工匠群體，沒有東麗公司不能說就沒有碳纖維，但是有可能現在還處于起步階段。所以一個領頭人、一個領頭組織、一個工匠群體極其重要。

我認為這四點就是新材料產業發展的共性的底層邏輯，這些共性的東西對石墨烯新材料產業也適用。

二、與國外相比，中國石墨烯行業的關注點不在一個頻道上

石墨烯材料可以暢想的應用前景很多，但哪個能成為產業現實還不好說。

石墨烯粉體材料作為鋰離子電池的導電添加劑已經出現在市場上，究竟效果多大依然是一筆糊涂賬。氧化石墨烯基散熱膜已經用在華為手機上，效果還不錯，與人工石墨散熱膜有一拼。石墨烯防腐涂料受到很多企業的青睞，國內有數千家企業在做相關工作。但是，還沒有真正實現規?；氖袌雎涞?，還有很多技術問題需要攻關。石墨烯材料在觸摸屏、傳感器、電子報紙、電磁屏蔽以及超快光通信領域都有潛在的應用價值，盡管大多仍在探索之中。

從0到1的原創性基礎研究突破常常是“無心栽柳”的結果，源于科學家們的強烈好奇心和求知欲，很難進行“規劃”和重點“攻關”。所以，基礎研究不能過于急功近利，需要培育創新性的文化土壤，打造自由寬松的文化環境，允許一些人做看似“毫無用處”的探索性工作，這是支持原始性創新的關鍵所在。當你問他“干嘛用”的時候，就已經偏離了基礎研究的邏輯。

據不完全統計，中國現在有60個石墨烯產業園、113個石墨烯研究院、17個石墨烯創新中心，還有17個石墨烯產業聯盟。這些石墨烯相關組織，全世界加在一起也沒我們多。

我們再看一下石墨烯專利申請情況，中國占了全球的72%，數量達9.2萬件，而排名第二的美國只有9000多件，是我們的十分之一。我們為什么搞那么多專利，真的有用嗎？

再看論文數量，全球發表石墨烯相關論文35萬余篇，我們擁有26萬余篇，占比74.5%，排名第二的美國是4.7萬篇。中國當今的學術評價體制就是，鼓勵大家玩命發文章，這樣可以得到諸多好處，盡管這種好處似乎只對自己有用。

統計數據永遠反映不了真實情況，說明不了我們世界領先。

國內石墨烯行業關注的熱點是什么？我經常講是“三大件”，新能源、大健康和電熱產品、涂料，占比超過80%。其中新能源占了一半，大健康電熱產品占了23%，涂料占了8%。

圖1 國內石墨烯行業的關注熱點

我經常被問到，中國的石墨烯產業處于什么水平？我無法正面回答，與歐洲、美國、日本和韓國相比，根本不在一個頻道上，沒法比較。國外更多關注真正體現石墨烯新材料特性的未來型技術研發，而我們大多關注能立即賺到錢的實用性產品。

韓國在石墨烯領域是一匹黑馬，其特點是以三星公司為核心，形成了一個石墨烯網絡，大學、科研院所都圍繞三星公司開展石墨烯新材料研發工作。很多石墨烯器件相關的核心專利都在三星公司，我們申請的很多專利沒多大意義，企業關注的是實用價值，而大學教授關注的是數量而已。這說明任何一個產業要想走得遠，龍頭企業特別重要，光靠科學家折騰是搞不定的，因為科學家通常做不了企業。

中國的石墨烯新材料產業存在諸多挑戰。我們的小作坊式石墨烯企業占了90%以上，缺少龍頭領軍企業，可持續發展能力很弱。2019年，我率領20人的調研組花了半年時間走遍全國14個省29個城市，實地考察了上百家石墨烯企業，這些企業都是精挑細選具有代表性的。我們發現了很多問題，令人憂心。一個普遍存在的問題是同質化現象非常嚴重，大煉鋼鐵式的低水平惡性競爭導致有限資源的高度分散和浪費。在研發目標的選擇上，急功近利，只關心現在，不關心未來。在石墨烯領域，科技與經濟的兩張皮現象十分嚴重，一大批科研人員搞文章，還有更多的企業家們做產業，缺少實質性的產學研協同創新。

不可否認，來自各級政府、各個部門的過度碎片化的政策引導，是造成一窩蜂建設石墨烯產業園區和全民造烯運動的重要原因，也是造成產能過剩的根本原因。產業還沒真正發展，我們的產能已經過剩了，這是一個現實問題。這種無序競爭很大程度上弱化了我國龐大的市場優勢。

 “國家意志”和“市場意志”有效協同，應該是我國石墨烯產業健康發展的關鍵，沒有國家意志就沒有長遠布局，我們現在的企業有長遠布局的不多，華為是個特例。與此同時，沒有市場意志就會背離市場規律，導致市場無序競爭的亂象。事實上，“國家意志”和“市場意志”是兩只無形的大手，在高科技產業發展過程中發揮著至關重要的作用。今年的政府工作報告提出要“促進有效市場和有為政府更好結合”，這一點極為重要。“有效市場”也來自“有為政府”，希望盡快落到實處。

三、一個新材料要想站住腳，必須找到一個“殺手锏級”應用

一個新的材料、新的技術走進市場，通常經歷技術萌芽期、期望頂峰、泡沫谷底期、爬坡期、穩定應用期等五個階段，石墨烯也不例外。實際上，科學家在實驗室里搗鼓的東西絕大多數走不完這條道，僅僅是實驗室里的“實驗樣品”而已。

從實驗室里的樣品變成規模化的產品，再到市場化的商品，這條路很長，也是個大浪淘沙的過程。

圖2 從高德納技術成熟度曲線看新興石墨烯產業

圖3 石墨烯產業的卡脖子技術

石墨烯新材料產業我認為是八個字：前途無量，任重道遠。這個產業還存在很多“卡脖子”的問題，比如低成本的規?；苽浼夹g現在還沒有解決，也沒有那么容易解決。批量剝離轉移也是個大問題。石墨烯薄膜通常高溫生長在金屬催化劑表面，使用時通常需要剝離轉移到目標襯底上。這是一個巨大的技術挑戰，因為涉及的是單層原子厚度的剝離和轉移技術。

尤其需要指出的是，石墨烯尚未找到真正的“殺手锏級”用途，我們現在所有的嘗試還處于當年碳纖維做釣魚竿的階段。石墨烯產業之路很長，急不得。

我一直認為，“卡脖子”技術是熬出來的，絕不是臨時抱佛腳砸錢突擊出來的，需要數十年如一日的不懈努力和持續的資源投入?！翱ú弊印眴栴}既是過去時，也是現在時和未來時，如果不改變急功近利的群眾運動式的做法以及“物美價廉”的傳統思維方式，我們在石墨烯等硬科技領域還會不斷出現“卡脖子”問題。

我特別喜歡比爾·蓋茨講過的一句話，他說“我們總是高估今后一兩年內將要發生的變革，也總是低估未來十年將要發生的變革”。很多人對石墨烯就是這種態度，總以為一兩年就能賺大錢，一擁而上。明知道十年后肯定賺大錢，也很少有人堅持。我們的企業不等，我們的政府也不等，這是我們的傳統思維方式，改起來不容易。

2022年，我國石墨烯粉體的產能2.2萬噸，薄膜產能540萬平方米。粉體的利用率7%左右，薄膜的利用率0.23%左右，已經處于產能過剩狀態。必須強調的是，石墨烯材料制造業尚有巨大的提升空間，今天的石墨烯還不能支撐起石墨烯產業的大廈。中國石墨烯新材料產業需要像東麗公司那樣的領軍企業，需要舍我其誰、志存高遠的擔當者，需要一大批追求極致的“匠人”。其實何止石墨烯，硬科技產業都應該這樣。

四、如何破解科技和經濟“兩張皮”難題？

我是2008年進入石墨烯領域的。此前，做了十年的碳納米管研究。2018年創建北京石墨烯研究院（BGI），BGI是北京市支持成立的新型研發機構，開工之初，手中沒有一分錢，我以個人名義從首都發展集團借款4750萬元，當年年底經費到賬后，就還清了這筆借款，還多還了100萬元利息。

盡管遭遇三年新冠疫情，BGI在過去五年多來取得了飛速發展。目前擁有兩棟大樓，一棟是研發大樓，一棟是公司產業化大樓；員工規模已達410余人，成為全球最大規模的石墨烯新材料研發與產業化隊伍。2017年12月26日，注冊成立北京石墨烯研究院有限公司，一手是研究院，一手是有限公司，一體兩翼，一對一孵化，這是我們的制度設計。需要強調的是，我們既擁有基礎研究團隊，又擁有工藝研發團隊，還有市場落地團隊和專業化管理團隊，因此是一個真正意義上的復合型團隊。

我在北大做了31年教授，深知大學科研團隊的局限性。通常情況下，大學和科研院所的研究團隊（課題組）通常由導師、助手和單一專業背景的研究生和博士后組成，規模是幾個人到幾十人不等。老實講，這種研究團隊能做的事情是有限的，比較適合于興趣導向的發散性基礎研究，可能折騰出諾貝爾獎來。但是，你想讓這樣的團隊去攻關“卡脖子”技術和推動產業化落地幾乎是不可能的，一方面人員構成過于單一，另一方面體量也遠遠不夠。

BGI的追求目標是什么呢？一是向全球市場提供最具競爭力的石墨烯材料，另一個是向市場提供最好的石墨烯制備裝備和規?；a線。一手抓材料，一手抓裝備，這是我們的核心發展戰略，也是BGI的核心競爭力。

我發表了數百篇學術論文，沒有BGI這個平臺，很難對石墨烯產業有實質性貢獻。發文章不應該是目的，應該是研究的副產品。把發文章變成追求的目標，別的變成副產品，完全是本末倒置。

圖4 創新鏈條布局

我們經常講技術創新鏈條，從實驗室階段到中試階段再到產業化階段，一般分為9級。BGI重點布局鏈接基礎研究階段和產業化階段的中間環節，即材料工程化和規模化中試環節。技術創新鏈條的不完整是產生“卡脖子”問題的深層次原因，表現為科技與經濟的“兩張皮”，科學家做科學家的事，產業界做產業界的事，中間沒人管，導致技術創新鏈條是斷的。

為什么會出現這個問題？一是我們現行人才評價體制讓科技工作者滿足于發表學術論文，沒有動力把科研成果推向中試和產業化。二是實驗室里的科研成果很難被企業接住。我發表了數百篇石墨烯論文，但企業很難接得住，因為缺少工程化和規?；沫h節。絕大多數企業沒有能力和意愿填補這個空白。如果不重視解決這個問題，我們建再多的研發平臺也沒用。

BGI獨創的蒙烯玻璃纖維材料實現了規?；a業落地，石墨烯TOC分離膜、石墨烯電鏡載網陸續推向市場。我可以自信地講，BGI是引領全球的石墨烯材料研發和產業孵化基地。

為了探索石墨烯材料的“殺手锏級”用途，BGI建立了“未來實驗室”，架起鏈接“材料”與“市場”的橋梁。BGI未來實驗室有三大板塊：電熱技術實驗室、散熱技術實驗室和電磁技術實驗室。這三大板塊是我對石墨烯產業發展的預判，與當前市場上炒作的方向不完全一致。

第一，石墨烯是優異的新型電熱轉換材料，擁有電熱轉換效率高、升溫速度快、柔性、透明等諸多優勢。事實上，石墨烯電暖畫和保暖衣，還有諸多石墨烯大健康產品都屬于石墨烯電熱技術產品，也是進入市場最早的石墨烯產品。

第二，石墨烯擁有已知最高的熱導率，是非常好的導熱散熱材料，石墨烯導熱散熱技術擁有巨大的市場潛力。石墨烯散熱膜已經用在華為手機上。

第三，石墨烯也是優良的電磁功能材料，在輕量化導線、電磁屏蔽等諸多方面有著廣闊的應用前景。

基于上述原因，BGI未來實驗室重點布局了這三大板塊，客戶需求導向，逆向材料研發。我們特別強調綁定用戶，共同研發，實踐證明這是行之有效的好辦法。

五、政府不能離科學前沿太近，否則會帶來巨大的決策風險

我們不能滿足于建立一堆研發平臺。沒有企業的介入和市場化機制，這些研發平臺只能產生一大堆文章和專利、無數的“自嗨式”創新突破以及眾多小作坊式的公司。不經過市場競爭的洗禮，任何創新性成果都無法真正轉化落地和創造市場價值。

圖5 產學研協同創新的兩種不同模式

產學研協同創新的最佳模式是什么？我總結了兩種截然不同的協同創新模式：一個是一臺機器運轉的模式，一個是多臺機器協調運轉的模式。

一臺機器運轉模式就是通常的企業模式。例如華為，有自己的科學家、工程師和企業家，這些人是一條繩上的螞蚱，擁有完全一致的追求目標和利益導向。多臺機器協調運轉模式常見于政府主導的各種協同創新平臺，在政策和利益誘惑下，大學和科研院所的眾多科學家、企業家和投資商等不同的利益主體共建共享一個創新平臺，以期實現產學研協同創新。

顯而易見，后者需要一個強有力的協調機制，讓眾多的機器協同運轉起來，難度可想而知。毋庸置疑，一臺機器運轉的企業模式是最高效的產學研協同創新模式。

所以，弘揚“企業家精神”，充分尊重和信任企業家，培育公平競爭的市場文化，讓千千萬萬個企業成長起來，是推動高科技成果轉化和繁榮市場經濟的不二法寶。

我們不能過度模糊科學、技術和產業的邊界。

科學是天馬行空，需要的是自由寬松的環境土壤，應該交給學術共同體。從某種意義上講，政府不能離科學前沿太近，否則會帶來巨大的決策風險，同時嚴重破壞學術生態。

技術是一招鮮，需要耐心和長時間的積淀，應該交給企業家。應重視培育“隱形冠軍企業”，而不是萬金油型的“雜貨攤企業”。我們需要培育出眾多的“華為”，這樣“卡脖子”問題就自然解決了。產業和市場需要敢吃螃蟹的創新生態和公平競爭的文化土壤，所以一切政策的導向必須以繁榮市場為準則，這是有為政府必須承擔的重任。市場、技術、科學不是一回事，各有各的特點、責任和規律，不能過度混淆。

另外，我們不能混淆和無視原始創新、技術創新和產品創新的差異。像手機、星鏈都是產品創新，是已有技術的集大成者，并非原始創新。這些創新性產品通常始于一個大膽甚至瘋狂的想法，馬斯克、喬布斯這樣的技術偏執狂才能創造出這種東西來。這里需要的是追求極致的工匠精神，并非從0到1的原始創新。

從原始創新到產品創新存在著巨大鴻溝，時間跨度長達數十年甚至是上百年，直通車沒有成功的先例，也不符合市場和產業發展規律，我們需要冷靜地思考這個問題。相對論是愛因斯坦一百多年前創立的，現在的GPS定位都需要相對論理論，但是從那個時候就開始抓起，自然是不現實的事情。我認為，技術創新鏈不能布局太長，否則很難走下去。

（整理者：林美丹。本文經劉忠范院士審訂。）