全国政协常委刘忠范:石墨烯产业跑得有点快,需长远规划

2020-05-23

去年,十三届全国政协常委、北京石墨烯研究院院长、中科院院士刘忠范在全国做石墨烯产业调研,他考察了上百家企业,足迹遍及14个省份。他得出结论:虽然中国石墨烯产业规模引领全球,但仍存在盲目发展等问题。他建议产业要有长远规划,同时科技和经济要形成合力,使产学研有效结合。

刘忠范曾表示,“不要走不出实验室的石墨烯”。日前,他在接受新京报记者专访时称,北京石墨烯研究院揭牌成立一年多,已经建成了一条生产示范线,使石墨烯产品走出了实验室。他透露,研究院正在布局石墨烯未来“撒手锏”级用途的研发,期待成为“颠覆性”的技术。

与往年一样,今年他将把多个提案带上两会。“今年我会呼吁研究生复学问题,让处于停滞状态的研究工作尽快恢复。许多科研工作是争分夺秒的竞争,耽误半年甚至一年造成的损失不可估量,必须引起重视。”

谈中国石墨烯产业

规模上国际领先,但跑得有点快、有点盲目

新京报:提到石墨烯,大家最先想到的是电池。此次疫情期间,又出现了石墨烯口罩。请介绍一下石墨烯材料的原理,未来跟大众最贴近的产品可能有哪些?

刘忠范:石墨烯是一种纯碳材料,只有一个碳原子层,是最薄的、透明的轻质高强材料。石墨烯的导电性和导热性都是最好的。它的强度也特别大,理论上比钢高上百倍。

石墨烯电池是个概念很糊涂的说法。目前在电池里面,石墨烯主要充当导电添加剂的角色,实际用量很少,不能称之为石墨烯电池。目前市场上炒得最热的石墨烯产品有“三大件”,一是石墨烯大健康和电热产品,如电热服和电暖画;二是石墨烯改性电池;三是防腐涂料。这“三大件”占据了当前石墨烯产品的大半江山,属于石墨烯材料的第一代产品。

新冠疫情催生了石墨烯口罩,据说效果不错。原理上讲,石墨烯的超大比表面积会显示出强大的吸附性能,可吸附新冠病毒、雾霾颗粒物等。从性价比上讲,是否比传统的活性炭吸附剂更有竞争力,尚需市场检验。

新京报:你经常提到石墨烯需要“撒手锏”应用,未来可能出现在哪个行业领域?

刘忠范:“撒手锏”应用指的是“非它不可”,没有石墨烯不行。这是一个循序渐进的过程,不可能一蹴而就。

石墨烯具有很多优异的“特性”,如果未来这些“特性”能在实际的石墨烯材料和产品中很好地展示出来,必将产生“撒手锏”技术。可以想象,石墨烯作为透明导电薄膜材料,将来有望做出可自由折叠的手机来,这是传统的ITO导电玻璃无法实现的。

当然,石墨烯真正的“撒手锏”用途究竟是什么,现在还不好说,这也是科学家们正在研究的内容,大家都充满期待。

新京报:你如何评价中国石墨烯产业化的发展?目前还面临哪些挑战?如何突破?

刘忠范:2019年,我花了近半年时间,在全国做石墨烯产业调研。今年3月31日,我给有关部门提交了一份石墨烯产业调研报告,上半年也会正式出版“中国石墨烯产业研究报告”。我实地考察了上百家石墨烯企业和研发机构,走了十几个省份和近30个城市。有代表性的企业,我几乎都去现场看过。

总体上讲,中国的石墨烯企业规模在国际上独占鳌头。最新的统计数据显示,目前国内有近1.5万家号称做石墨烯业务的企业。从石墨烯材料的规模化生产能力来看,粉体材料年产能达到5100吨,CVD薄膜年产能达650万平方米,国外产能加到一起也没中国多。

这是我们的优势,也是挑战所在。我们跑得有点快,有点盲目,在产业还没有完全发展起来的时候,产能就接近过剩了。

还有一个问题就是只关注现在、不重视未来。大家关注的都是现在能卖钱的产品,内衣内裤、口罩、护腰、面膜等。而对于涉及产业核心竞争力的技术,我们关注得非常少。也就是说,我们的关注点跟国外不在一个频道上。

尤其需要强调的是,一万多家企业绝大多数都是小微企业,而且大都是为石墨烯而成立的初创型企业,可持续发展能力非常有限。这次疫情对许多石墨烯企业打击很大,甚至面临着生死存亡的压力。

如何突破这种窘境?我建议在“政产学研用”协同创新机制上下功夫,要把我们庞大的科研大军和产业大军有机结合起来,形成合力,从政策上引导解决科技与经济“两张皮”的现象。另外,我们不能操之过急,尤其不能急功近利。

在这一点上,政府还有许多事情可做,我们的制度优势还没有发挥出来。在石墨烯高科技领域,既需要强大的市场需求牵引,也需要国家意志引领的面向未来的战略规划和布局。


谈北京石墨烯研究院

已建成生产示范线,布局“撒手锏”级技术

新京报:2018年10月,北京石墨烯研究院揭牌。在一年半的时间里,研究院开展了哪些工作?发展情况如何?

刘忠范:从一个课题组变成一个研究院,这是一个巨大的飞跃。尽管时间很短,研究院发展迅速,目前已有近220人规模,并且以每年新增100人的速度快速扩张,各方面工作已全面展开。

过去一年多来,我们最大的成绩是建成了石墨烯薄膜材料生产示范线,实现了从实验室样品,到产品乃至商品的跨越。我们还成立了市场部,负责向外营销,终于能够把实验室的东西变成商品,拿到市场上去参与全球竞争。

未来的石墨烯产业,核心还是材料问题。如果能把最好的材料制备技术和制备工艺掌握在自己手里,就掌握了核心竞争力。材料生产不仅是技术和工艺,最后还体现在装备制造能力上。我们成立了装备研发中心,目前团队已经组建起来,吸引了多位资深装备制造专家,并且正在筹建装备生产基地。

新京报:石墨烯研究院取得了一系列国际领先的研究成果。能否列举一二?介绍一下它们的特点和应用?

刘忠范:尽管还不能说立刻产业化,但在布局未来可能的“撒手锏”级技术方面,我们做了很多努力,也取得了诸多突破。

比如我们发明了超级石墨烯玻璃。玻璃是透明的,一般不导电。我们成功地在高温条件下,让石墨烯薄膜“长”在玻璃上。这种石墨烯玻璃具有良好的导电性和导热性。

实际上,它还解决了一个石墨烯薄膜应用的难题——转移问题。石墨烯太薄了,不能单独存在,必须依附在什么东西上。通常在铜箔上生长出来的石墨烯需要剥离下来转移到支撑衬底上。我们的石墨烯玻璃完全回避了这个难题,直接拿去用即可。

超级石墨烯玻璃能做什么用呢?由于它的导电导热性能特别好,已经展示出广阔的应用前景,可以用做智能窗和透明加热片,除霜除雾并具有电暖器功能。我们更期待它能够替代传统的ITO导电玻璃,用作手机触摸屏等。

新京报:石墨烯被称为“将带来颠覆性的材料革命”,在这方面,研究院还有哪些探索?

刘忠范:与超级石墨烯玻璃类似,我们还发明了石墨烯玻璃纤维,其导热性和导电性非常好,加上十伏左右的电压,一分钟左右就可以升温四五百摄氏度,电热转换效率远高于传统的电阻丝。

我们期待它能完全改变传统的电加热系统和技术。或许这就是一项颠覆性的技术,改变传统电加热领域的游戏规则,成为石墨烯的“撒手锏”级应用。

诸如此类,我们正在探索中的未来技术还很多,比如石墨烯光纤技术、石墨烯透明天线等。

谈“研发代工”

由市场需求牵引,解决科技经济“两张皮”问题

新京报:你之前提出试点“研发代工”,解决科技经济“两张皮”问题。这是怎样一种模式?

刘忠范:在研究院运行机制探索上,我们下了非常大的决心,希望把技术研发和市场需求高效地结合起来。我们提出了一个理念叫“研发代工”,这是一个全新的产学研协同创新模式。简单地说,就是给企业“打工”做研发,针对企业和市场的实际需求,开展“定制化”的研发工作。

“研发代工”针对企业的需求,成立专门的研发团队,用企业的钱、做企业的事、到企业去落地,与企业共享利益,共同打造“品牌”产品,是一种“一对一”的合作模式。

这种模式一方面解决企业和市场的需求,因为企业常常缺少研发团队和研发能力,普通的项目制合作很难可持续发展;另一方面,也可以避免“教授办企业”带来的诸多挑战,各司其职,充分发挥各自的优势。

新京报:“研发代工”目前试点情况如何?

刘忠范:试点进展迅速,对企业产生很强的吸引力。以“粉体石墨烯规模化生产的研发代工合作”为例,我们的代工伙伴拥有百吨级的石墨烯生产线,我们在已有制备技术的基础上,成立专门研发团队,对接企业的技术升级需求,立即形成了产学研协同创新团队,共同打造引领世界的石墨烯粉体材料生产基地。这种结合的优势明显,我们不需要从零开始投资建设石墨烯生产线,而企业也不需要养一个专门的研发团队,实现优势互补、协同发展。

我们已经布局了一批类似的“研发代工”平台,涵盖材料制备、航空轮胎、防腐涂料、导电添加剂、电加热、石墨烯天线、特种应用等。