科技日報記者 華凌

北京秋意正濃，層林盡染。這兩天的中關村翠湖科技園智谷中心格外熱鬧，剛剛揭牌的北京石墨烯研究院（BGI）高朋滿座，首任院長、國際知名石墨烯專家、中科院院士劉忠範笑迎天下客。

據介紹，北京石墨烯研究院是在北京市政府支持下，由北京市科委推動成立的作爲全國科技創新中心首批新型研發機構。依託於北京大學科研建設，專注於未來石墨烯產業的核心技術研發與相關服務。諾貝爾獎獲得者、英國曼徹斯特大學康斯坦丁•諾沃肖洛夫爵士應邀擔任名譽院長。那麼，全國已建立的石墨烯研究院也有數家，北京石墨烯研究院有何特色，又有哪些“黑科技”呢？且隨劉忠範院士帶我們去領略——

走進北京石墨烯研究院一樓大廳，只見牆上醒目兩列文字——踐行工匠精神，融通政產學研，打造石墨烯產業核心競爭力。

“這表達了研究院的定位。我們關注未來石墨烯產業的核心競爭力，重點研究高品質的石墨烯原材料，奠定未來石墨烯產業的基石，探索殺手鐧級的應用，尤其是規模化的技術，最後直接推動對接石墨烯產業。”劉忠範向記者表示。

在BGI產品展廳中，陳列的各種石墨烯新產品吸引眼球，用劉忠範的話來講“這是體現了研究院研發的核心技術，以及研發代工水平”。

標號石墨烯薄膜

製備決定未來。高質量石墨烯原材料的批量製備技術是石墨烯產業的基石。

BGI發明卷對卷連續動態石墨烯薄膜生長方法，成功研製出模化化學氣相沉積生長裝備。據介紹，目前研究院薄膜製備技術可達到年產兩萬平方米。此外，在國際上率先研製出四英寸單晶石墨烯晶圓批量製備裝備。

研究團隊利用超潔淨石墨烯製備技術，可使石墨烯薄膜表面潔淨度達90%以上，非常乾淨，由此具有較高導電性、低接觸電阻、高透明度等，代表着當前石墨烯薄膜製備的最高水平。

超級石墨烯玻璃

所謂超級石墨烯玻璃，是通過在傳統玻璃上直接生長石墨烯薄膜，賦予普通玻璃所不具備的導電、導熱、自清潔、以及生物相容性等諸多優異特性。

據瞭解，劉忠範團隊創新一系列CVD生長方法，實現石墨烯在任意玻璃上直接生長，併成功研製出3030平方釐米超級石墨烯玻璃規模化製備裝備，使得單臺年產能達5000平方米。

這種新型石墨烯玻璃催生一系列全新的應用，包括智能窗、觸控屏、智能投影牆、玻璃電熱片、防霧鏡、高效細胞培養皿和光學傳感器等，爲傳統玻璃產業升級換代開闢新路徑。

烯碳光纖

基於CVD生長技術，研發團隊實現石墨烯在石英光纖表面的層數可控生長，研發出的光纖具有優良的防腐性能，機械強度也有顯著提升，並擁有特殊的光電特性。

據介紹，採用烯碳光纖製作的新型電光調製器，開關電壓僅需3 V，遠低於商用的無機晶體電光調製器。此外，這種光纖還可以用於製造光纖探測器、光纖傳感器、鎖模超快激光器等，有望成爲光纖領域的變革性新技術。

值得一提的是，烯碳防腐光纖未來在油井方面將大有用途。一般油井傳感主要靠不鏽鋼軟管密封結構實現光纜的耐腐蝕性能，但由於光纜受力較大、油井腐蝕性和溫度高，傳統的光纜不能滿足當前需求，而石墨烯優異的隔離能力，可以極大提高油井傳感光纜的耐用性。

石墨烯基半導體照明器件

研究院首創的石墨烯緩衝層技術，大幅度改善氮化鎵等薄膜材料的外延生長質量，使LED光輸出功率提升達35%。並且，開啓電壓也顯著降低，在大注入電流下發光波長穩定。

鑑於石墨烯的優異導熱性能，其引入有望提高LED器件的散熱性能和使用壽命，成爲新一代半導體照明核心技術。

全透明石墨烯無線射頻識別天線

基於石墨烯單晶薄膜的高透明性、高載流子遷移率和優異的柔韌性，研究團隊製備了世界首款全透明石墨烯無線射頻識別（RFID）天線。據介紹，採用石墨烯可使RFID的識別距離提高近三倍。

這種天線可應用於智能穿戴、智能家居和智能交通等系統，實現各模塊間便捷、低耗的信息傳輸。

高導熱性石墨烯玻璃纖維

與傳統玻璃纖維相比，石墨烯玻璃纖維的力學和熱學性能有顯著提升，有助於改善導彈和各種飛行器的飛行特性，從而提高制導精度。這也是石墨烯在軍民融合領域應用的範例。

而在民用交通領域，這種新型玻璃纖維也有着廣闊應用前景，其獨特的力學、熱學及電學性能將大大提高民用交通工具的智能化及低能耗化。

“烯碳金剛”智能單兵作戰系統

石墨烯的超薄、超輕、超強、超韌，以及高導電性和導熱性等優異特性，使其成爲士兵單兵作戰系統的首選材料，有望大幅提升單兵作戰能力。

BGI提出的“烯碳金剛”致力於發展新一代基於石墨烯材料的智能單兵作戰系統，以個體作戰人員爲核心，特徵爲集成、輕便和智能，集感知、通訊、攻擊、防護、自持爲一體，將成爲新一代單兵作戰平臺的翹楚。

石墨烯智能窗

一按遙控器，透亮的玻璃上顯示出文字，再按一下，旋即變成毛玻璃，又一按變回通透的玻璃。這“神奇”的玻璃是BGI通過研發代工模式，爲合作企業提供的石墨烯智能窗技術，以推進石墨烯智能窗產業化進程。

石墨烯輪胎

石墨烯輪胎具有耐磨性，添加很少量的石墨烯粉體，取代普通輪胎生產過程中使用的炭黑，大大延長使用壽命。

此外，石墨烯導電輪胎能夠在不同環境接地條件下，連續可靠導出車體靜電；提高輪胎抗溼滑性能到A級，一定程度降低滾動阻力，有效減少油耗、降低二氧化碳等氣體排放。

石墨烯熱管理產品

毫無疑問，這是一幅山水畫，但奇妙的是，它還可以送出溫暖，上前用手觸摸，會發現整個畫在發熱。

這是研究院與合作企業聯合開發石墨烯粉體和石墨烯熱管理產品之一，利用相關原理及其設備，還可開發出石墨烯保暖服、石墨烯理療產品等。

據劉忠範介紹，BGI十年規劃總投資20億元，由市政府、產業界和社會資本共同出資建設。研究院目前已完成9400平方米科研大樓裝修，組建了上百人的研發管理團隊，建立5個研發部門，實現公共儀器平臺首批設備到位，落實一批研發代工合作伙伴，致力於打造未來石墨烯產業的基石和核心競爭力，探索具有中國特色的政產學研協同創新機制。相信不久的將來，會有更多的“黑科技”浮出水面。

（本文圖片均由北京石墨烯研究院提供）