科创院士谈｜刘忠范：中国的石墨烯专利占全球七成，但很多是没用的

石墨烯是当前新材料领域的一大热点。作为该领域的国际著名专家，刘忠范对国内相关研究和产业发展的现状既高兴又担心。高兴的是百花齐放，担心的是很多路跑偏了。

刘忠范是北京大学教授、北京石墨烯研究院院长、中国科学院院士、全国政协常委。2019年时，他花半年时间跑了全国14个省的29个城市，实地考察了上百家石墨烯相关企业——那都是他从成千上万家里精挑细选出来的。回来之后他放心了，“我们还是有竞争力的”，同时他也忧心，“我们这种搞法将来会出问题”。

“急功近利、科技与产业两张皮的现象非常严重。”4月10日，在由深圳创新发展研究院、中关村产业转型升级研究院、深圳企联等共同主办的科技创新院士报告厅活动上，刘忠范对现场和线上超20万名听众直言不讳道。

刘忠范院士在科技创新院士报告厅发表演讲。图/主办方提供

“材料是产业的先导，我们现在经常说‘卡脖子’技术，其实‘卡脖子’的根源就是材料。”刘忠范说，“材料是制约我国高科技产业发展的瓶颈，发展新材料、开辟新赛道是解决‘卡脖子’问题，实现跨越式发展的关键抓手。”

刘忠范认为，如果说硅是20世纪的战略新兴材料，那么石墨烯应该是21世纪的战略新兴材料。为了避免重蹈覆辙，中国需要在石墨烯的科学研究和产业化利用上借鉴他山之石，走出一条新路。

基础研究不能急功近利

石墨烯是最薄、最轻、强度最高的材料，也是最好的导热、导电材料。它的应用前景具有极大的想象空间，有些已经变成现实，比如在动力电池、航空器、地铁加热座椅等产品上。

刘忠范相信，石墨烯作为碳材料家族产业树上的一根新枝，是一种继往开来的材料，值得重视，值得投资。他为此创作了一首古体诗《石墨烯赞》：“芳容初露化黑金，万千宠爱集一身。赓续碳族红血脉，老树新枝惠黎民。”

石墨烯和石墨渊源很深，从石墨中可以剥离出石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃消洛夫用“撕胶带”的办法，获得了单层结构的石墨烯。后来，他们凭借在石墨烯上的一系列研究，共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。

“从0到1的基础性研究突破，常常是无心插柳的结果，源于科学家的好奇心和求知欲，是很难规划出来的。”刘忠范说，从这个意义上讲，基础研究不能过于急功近利，我们需要培育创新性的文化土壤，打造自由宽松的文化环境，允许一些人做看似“毫无用处”的探索性工作，这是支持原始创新的关键所在。

石墨烯研究利用已成为世界热点，中国也活跃其中。第一财经记者通过天眼查查询发现，目前国内存续、在业的石墨烯相关企业达7.7万多家。据刘忠范介绍，中国现有60个石墨烯产业园区、17个创新中心，还有113个研究院、17个产业联盟，“全球其他国家加在一起也没有我们多”。

再看石墨烯相关专利和论文数量。目前全球石墨烯相关专利数量最多的中国有9万多件，占到全球的72.2%；第二名美国是9000多件，不到中国的1/10。全球迄今共发表约35万篇石墨烯相关论文，其中中国有26万篇，占74.5%；第二名美国是4.7万篇，中国是美国的5.5倍左右。

“我在思考一个问题：我们干嘛搞那么多专利，发那么多文章？真有用吗？这真是个大问题。大家可能说谁让你们科学家那么用功啊？不要怪科学家，怪我们的评价体制。统计数据永远反映不了真实，即便是一个真的数据也没有意义，它说明不了我们世界领先。”刘忠范的话引得现场一阵掌声。

刘忠范进一步介绍，目前国内石墨烯行业关注的热点，新能源、大健康、涂料等“三大件”占了82%。与欧洲、美国、日本和韩国相比，我们的主要兴趣点“不在一个频道上”。拿韩国来说——这是石墨烯领域的一匹黑马，他们以三星公司为核心形成了一个网络，掌握了很多器件相关的核心专利。而我们国家主要是大学教授申请的专利，其中很多是“没用的”，我们就是“为申请而申请”。

韩国石墨烯协同创新网络。图/刘忠范提供

据刘忠范观察，目前国内的石墨烯产业已经产能过剩，其中小作坊式的石墨烯企业占到99%以上。过度碎片化的政策引导，是造成“全民造烯”的重要原因，“因为他搞这个能够拿到各种资源”。但这种无序竞争很大程度上弱化了我们的市场优势。

发展石墨烯产业需要长远布局，“我觉得‘国家意志’和‘市场意志’的有效协同，是我国石墨烯产业健康发展的关键。今年的政府工作报告有一句话非常好，‘促进有效市场和有为政府更好结合’，这句话需要落到实处。”刘忠范说。

石墨烯产业需要工匠群体和领军企业

石墨烯产业眼下处在什么发展阶段？刘忠范坦言仍然是初级阶段，“从实验室里的样品变成规模化的产品，再到市场化的商品，这个路长着呢”，甚至大多数实验室的样品是“胎死腹中”的。

“因为这个产业还存在很多关键难题，比如低成本的规模化制备技术现在还没有解决，还有低成本的批量剥离转移，以及还缺乏一个‘杀手锏’级的应用，也就是‘离开它不行’的用途。”刘忠范说，这些问题都是“卡脖子”问题，是基础研究，急不得。

“解决‘卡脖子’问题是熬出来的，绝不是临时抱佛脚砸钱突击出来的，需要数十年如一日的不懈努力和持续的资源投入。”刘忠范说，他特别喜欢比尔·盖茨的一句话：我们总是高估今后一两年内将要发生的变革，也总是低估未来十年将要发生的变革，“现在有些人对于石墨烯的认识就是一两年肯定能够赚大钱，于是一拥而上。如果需要等十年才能赚大钱，他就不等，他觉得太远了。我们的企业不等，政府也不等。如果不改变急功近利、群众运动式的做法，以及自己做不好就靠向别人买的思维方式，我们在石墨烯等硬科技领域还会不断碰到‘卡脖子’的问题。”

刘忠范说，现在的石墨烯材料还不能支撑起石墨烯产业的大厦，石墨烯材料制造业尚有巨大的提升空间，不能太着急。说到这里，他以碳纤维领域的全球龙头日本东丽公司为例，认为中国发展石墨烯产业需要舍我其谁、志存高远的担当者，和一大批追求极致的“匠人”。

碳纤维已经是一种常见的重要材料，在航空航天、汽车、军工等多个领域广泛应用。中国过去20多年大力发展碳纤维产业，但目前在国际市场的占有率接近于零。市占率排在前五位的是日本、德国和美国企业，总计占有62%的市场份额，其中以东丽公司为首的日本3家企业占到全球的47%。

东丽公司从上世纪60年代初期就成立了碳纤维研发部，持续投入10年之后才实现量产，因为市场需求不大，也并不赚钱。2003年，东丽公司赢得波音787的大合同，才开始迎来转机。但也直到2011年3月才进入稳定的盈利期，整个花了50年的时间。

演讲中，刘忠范为听众展示了一张东丽公司绘制的“匠人图”，详细记录了哪个型号产品是谁发明、谁做出来的。“这张图很了不起。我们通常很难做出这么一张图来，因为我们很少有人真正地专注于一件事，即便是某个特定的人专注于某件事，也通常因为是底层员工，不一定能够露出来。”刘忠范说。

日本东丽公司碳纤维“匠人图”。图/刘忠范提供

据刘忠范介绍，其实中国开展碳纤维研究跟日本差不多是同步的，上世纪70年代时跟国际的差别也没有那么大。但就在有关部门组织二十多家科研事业单位准备开展进一步联合攻关时，却因为知识产权归属不明等问题而不了了之。进入21世纪后，国家重新重视碳纤维材料的研究应用，现在产能虽然逐步上来了，但大多处于低端，在国际市场缺乏竞争力。

在发展石墨烯产业的道路上，碳纤维产业给我们的启示是什么？刘忠范总结为四点：一是耐心和坚持。东丽公司能坚持50年，我们能坚持多久？二是企业主导和领军企业。科技创新的成果最后必须通过企业才能落地，没有领军企业是发展不起来的。三是找到“杀手锏”级应用场景。没有波音公司的订单，碳纤维很难取得突破性发展。四是领头人和工匠群体。没有东丽不能说没有碳纤维，但有可能还处于初级阶段。

刘忠范认为，上述四点是新材料产业发展的共性底层逻辑。对于中国的石墨烯新材料产业，他给出八个字判断：前途无量，任重道远。

科学家、工程师、企业家和政府各尽其责

刘忠范之前是做另一种碳材料——碳纳米管方面研究的，2008年开始转入石墨烯领域。从一开始只做基础研究到后来兼做产业拓展，刘忠范形容这是一条“极其艰险”的路，常常对人讲自己是“吃饱了撑的”。但他也承认，这是一条自己喜欢的路，已经舍不得离开。

2016年，在北京市科委的支持下，刘忠范主导创建了北京石墨烯研究院（BGI），这是北京市第一批新型研发机构之一。翌年成立北京石墨烯研究院有限公司，“一面是研究院，一面是企业，两个是一对一孵化的”。刘忠范解释作此设计的初衷说，他在北大做了数十年教授，深知传统科研院所一般只适合做基础研究，冀望它做出一些破解产业“卡脖子”的东西，往往是“搞不定”的。他希望北京石墨烯研究院在这方面做些探索，“我的目标是打造全球石墨烯领军企业，向客户提供最佳材料解决方案”。

北京石墨烯研究院与传统科研院所最大的区别在于，它特别注重导向性而非发散性的基础研究，致力于发展材料制备的新方法、新工艺、新装备，以及材料应用的新思路和破解产业“卡脖子”问题。“我不关注发文章，发文章应该是副产品，把它当成追求目标是本末倒置，是导向出了问题。”刘忠范再次吐槽现行科研评价体制的弊端，“我必须针对材料制备的问题解决它。”

刘忠范还意识到科技创新被“卡脖子”的另一个深层次原因，即科研与产业脱节。他解释，从0～9的创新链条上，现在中国有一大堆人在做前端的基础研究，一大堆人在做后端的产业转化，唯独中间的中试和工程化环节没多少人感兴趣。“科学家做科学家的事，产业界做产业界的事，中间这块没人管，没人搭桥，这是一个非常大的问题。”刘忠范说。

为什么会出现这样的问题？身在“局”中的刘忠范很清楚。他分析道：“一方面，我们现行的人才评价体制让科技工作者满足于发表学术论文，他没有动力把科研成果推向中试和产业化，‘我不做这件事什么都不缺’。另一方面，实验室出来的科研成果很难被企业接住，因为缺少工程化和规模化的环节，绝大多数企业没有能力和意愿填补这个空白。一个不愿意往回来，一个不愿意往前走，就卡在了那儿。如果不解决这个问题，建再多的平台也没有用，只会产生一堆自嗨式的成果，导致实验室里‘要啥有啥’，啥都可以研究出来，但在市场上‘用啥没啥’，啥都无法形成产品。”

为了规避这种陷阱，BGI从一开始就不是单纯做基础研究，而是把中试工程化、产业化作为并行的重中之重。“BGI的优势是什么？我有三支团队一起干——基础研究团队、工艺研发团队和装备制造团队，缺一不可。”刘忠范说。

关于装备，刘忠范特意多说了几句。“装备是材料制造工艺的固化，没有自己独特的装备，很难做出具有竞争力的材料。抓住装备研发和装备制造，就拥有了石墨烯材料市场的核心竞争力。”刘忠范说，因此BGI要一手抓材料，一手抓装备，这是整个研究院“核心中的核心”。他还指出，装备制造是中国高科技产业的薄弱环节，也是一个万亿级的产业，要支持北京、深圳等地打造装备产业特区，这个很重要。

回顾自己带领团队“玩命”搞石墨烯的十几年历程，刘忠范在演讲中再次提到评价体制对科技创新的决定性意义。他非常认同《变革中国——市场经济的中国之路》（中信出版社，2013年）这本书中的一个观点：以绩效为基础的奖励体系可以强制科学工作者们发表文章，但它会将学术动机与物质利益合而为一，没有什么比这更能扼杀创造力和原创性的了！

“现在的科研评价和奖励机制某种程度上属于‘诱导犯罪式’的，把‘因兴趣而做’，变成了‘有好处才做’。包括给‘帽子’（头衔），本来给‘帽子’是为了方便做研究，现在成了做研究是为了拿‘帽子’，结果大家都去追‘帽子’，‘帽子’满天飞，研究反而做不好了。”刘忠范认为，只有从兴趣和好奇心出发做研究，才是科学家的本分，也才能获得真正的成就感。

而科学家的研究成果，需要经过市场竞争的洗礼，才能转化落地，创造市场价值。这一步要靠企业和企业家。BGI除了有科学家，还有一批跟刘忠范志同道合的投资人、职业经理人，他们在以现代企业模式打理BGI的各个事业部和子公司。“石墨烯材料的产业化需要科学家、工程师和企业家精诚合作，协同创新。企业是产学研协同创新的最佳载体，在企业内部，科学家、工程师和企业家拥有完全一致的利益，从而能在明确的市场目标牵引下齐心协力。弘扬企业家精神，充分尊重和信任企业家，培育公平竞争的市场文化，让千千万万个企业成长起来，是推动高科技成果转化、繁荣经济的不二法宝。”刘忠范说。

那么，政府的作用在哪里？刘忠范认为，政府必须克制主导原始创新的冲动，不能离科学前沿太近，否则会带来巨大的决策风险，并严重破坏学术生态。“什么是学术前沿？学术前沿就是具有高度的不确定性，确定的东西就不叫前沿了。不确定性带来的决策风险极大，几乎没有成功的。”刘忠范解释，产业和市场需要敢吃螃蟹的创新生态和公平竞争的文化土壤，所以一切政策的导向必须以繁荣市场为准则，这才是“有为政府”发挥作用的地方。

新材料领域的刘氏“烯梦”

位于北京市海淀区智谷中心的BGI有两栋大楼，一栋研发大楼（墨园），一栋产业化大楼（烯园）。过去5年来，刘忠范只要在北京，就天天去那儿，几乎每天都是第一个到。2020年2月2日，正是新冠疫情期间，有感而发的刘忠范填词一阕《踏莎行·上班路上》：漫天飘白，冷冷清清，车水马龙似曾经。熟人相见不相识，掩面颦眉绕街行。一场瘟疫，一次噩梦，坎坎坷坷是人生。春寒料峭寻常事，万紫千红待东风。

刘忠范院士在科技创新院士报告厅发表演讲。图/秦新安

5年下来，BGI完成了从石墨烯基础研究、中试到产业落地的一体化布局，成长为引领全球的石墨烯材料研发和产业孵化基地。过去两年，BGI的收入均超过6000万元，是2021年的六七倍。但这只是含苞待放的点点花蕾，离刘忠范期待的“万紫千红”还有很大距离。他的目标是打造一棵千亿级的“石墨烯产业树”，形成“以我为主、布局全国、联通世界”的石墨烯产业生态。在此过程中，希望2028年完成企业上市准备，2035年实现总收入过千亿的刘氏“烯梦”，助力托起新材料领域的“中国梦”。