从白山黑水的乡土少年，到蜚声国际的科学家，物理化学家、中国科学院院士、北京石墨烯研究院院长刘忠范院士的科研之路，始终贯穿着一份朴素的理想：做对国家、对社会有用的科学。归国几十年来，他扎根北大，创立北京石墨烯研究院，在石墨烯材料的产业化上攻坚克难，用十几年的坚守，诠释一名科研工作者的责任与情怀。
说到石墨烯，很多人并不陌生——手机散热膜、新能源汽车电池导电添加剂、石墨烯羽绒服，甚至部分航空材料中，都能见到它的身影。石墨烯被誉为“新材料之王”，导电、导热性能优异，兼具高强度与柔韧性。然而，从发现到应用，它却走了很多弯路——受限于生长机理，石墨烯制备长期依赖于作为催化剂的金属衬底，难以规模化推广，始终被困在实验室里。
想要打通石墨烯产业化的堵点，就必须跳出原有金属衬底的框架。打破这一困局的关键突破，诞生于北京石墨烯研究院。2018年，刘忠范院士牵头创办北京石墨烯研究院，目标直指石墨烯的产业落地。团队经过长期攻坚，开创性实现石墨烯在玻璃纤维表面上的直接生长。
不同于传统金属衬底，以玻璃纤维作为载体，能够解决石墨烯薄膜材料使用时无法回避的剥离转移难题，直接作为新型石墨烯复合材料进入市场。由此诞生的蒙烯玻璃纤维，兼备导电导热特性，加装电极即可实现发热，现已应用于风电叶片、轨道交通等多个重要领域。从国家重大需求到民生消费场景，这项技术打通了石墨烯规模化落地的关键关卡，改写了石墨烯产业的发展局面。
这份成果的背后，是漫长的科研跋涉。从开启石墨烯相关研究算起，刘忠范院士团队一路走来，已是十八个春秋。十八年间，北京石墨烯研究院成长为国内独有的建制化、公司化运营的新型研发机构，也是全球为数不多真正实现石墨烯薄膜材料规模化应用的科研平台。
回望一路试验，失败是科研的常态。刘忠范院士坦言：“当然经历过无数失败，在取得成功之前，一路都是失败的尝试。”十八年光阴，成千上万次试验推倒重来。在刘忠范院士看来：“一种新材料，从实验室样品，做到规模化量产，再转化为面向市场的商品，本就需要完整的演进过程，十八年实在算不上久。”失败于他而言，从不是科研路上的阻碍，而是通往成功的必经之路。
朴素话语之中，藏着的是科研人甘愿为一项事业倾注毕生心血的坚定信念。石墨烯从实验室样品到市场化商品的蜕变，每一步进展，都是团队点滴打磨的结果。这份敢啃硬骨头的坚守，正是科学家精神最生动的写照。
“出国是为了长见识，回来是为了给自己一个交代，同时是为国家，为自己的祖国做事，你会更有成就感。”这是刘忠范院士常常对学生说起的话，也是他当年毅然归国的内心写照。
早在攻读博士期间，他便展现出过人的科学洞察力。在一次光电化学实验中，因操作失误出现异常结果，他没有简单地修正数据、就此作罢，而是反复重现这一“错误操作”，最终从这场意外中发现一种全新的电场异构化反应。刘忠范院士在海外求学近十年，科研前景十分明朗。北京大学化学系的蔡生民先生赴东京大学访问时，向他发出邀约，希望他回到北大组建属于自己的科研队伍。这条路有多难，刘忠范院士比谁都清楚。可也正因为他清楚，才更知道这件事值得做。刘忠范院士决定，是时候回国了。
回国时国家教委出面协调，“向阳红”号科学考察船免费为刘忠范院士运回了六十箱仪器设备。刘忠范院士给北京大学带来的，不止是一批新设备，更是一个开创未来的承诺。归国之后，他迅速扎入那段近乎痴狂的创业期。他“玩命”要来了三间实验室，屋里空空如也，什么都没有，一切都要靠自己折腾。他带回来的设备中，有一台扫描隧道显微镜——他说，这应该是中国第一台进口的最先进的扫描隧道显微镜。这台仪器灵敏度极高，旁人说话的震动都可能干扰观测。这样的仪器需要放在防震台上，可进口防震台一台就要一万多美元，买不起。怎么办？他自己做了一个箱子，里面放上沙子，中间叠上锯末，上面再压一块大石板，把仪器放上去。沙子是从工地“偷”来的，锯末是从北大未名湖边上的木工加工厂要来的。就这样，他做成了一台“土法防震台”，省下了一万多美元。
那时刘忠范院士不到三十一岁，学生也就二十出头。大家跟着他一起摸爬滚打，连轴转，一天都没有休息。有时候半夜想起来，他就跑过去干活，走火入魔，如醉如痴，恨不得一天把所有事情都做完。为了做实验，他和北大保安甚至玩起了“捉迷藏”。化学楼每晚九点关门，保安逐间巡查清场。为了留下多做会实验，保安一来他就躲起来，等保安走了他再出来做实验。等想离开时大门已锁，他只能翻门而出。翻得次数多了，有一次被保安撞见，对方打趣：“你这个教授，怎么能翻墙跳门呢？”
后来保安把这事反映到系里，闭楼时间从九点先后调整到十点、午夜十二点。即便如此，科研的作息依旧不受时间约束，最终化学楼索性长期敞开大门，支持科研人员开展工作。主持人问他，是不是因为他总翻门，学校才把闭楼时间一推再推。刘忠范院士笑着说：“至少是跟我这个行为有关。”
刘忠范院士对科研的干劲，不仅鼓舞了自己组内的学生，也“传染”了隔壁的学生。有时候搬东西，他就把隔壁实验室的学生借过来。那个学生看到他们干活热火朝天，借过来就不走了，后来干脆从隔壁“跳槽”到了他这里。最初分配给他的学生只有一两个，到年底，他手下已经有十几个人了。
三间空荡荡的实验室里，走出的不只是一批科研成果与一支朝气蓬勃的团队，更有一份从零起步、攻坚克难的实干韧劲。不抱怨客观环境，不等靠外部条件，他把一个个看似“不可能”的科研目标，逐步转化为现实。回望三十多年的来路，这份执着的实干品格，贯穿刘忠范院士整个科研生涯，也成为他放弃海外优渥条件、毅然归国投身祖国科研事业最生动的注脚。
刘忠范院士出生于吉林九台一座偏僻山村，是当地恢复高考后的第一个大学生。少年时求学条件艰苦，每天步行三十里路去上学，一走就是两年。一次河水暴涨，他把书包顶在头上，抓着书包就游了过去。到了学校却因雨太大放假，白跑一趟。回家后家人吓坏了：“你这胆也太大了。”他却说：“当时什么都没想，就想着要上学，绕不过去。”
他的成功让乡亲们第一次看到：读书好，可以考上大学，可以走出农村。家乡慢慢成为远近闻名的“状元村”，不少后辈以他为榜样，依靠读书走出大山。
功成名就之后，刘忠范院士始终心系故土。二十多年前，他四处奔走筹钱修建村里新小学，捐建图书室，配备两千册图书、三十台电脑，设立十万元奖学金。一位小朋友的母亲给他写信，说孩子回家讲：“有一位刘爷爷捐了电脑，让我们第一次把课本里的东西拿出来亲自操作。”他听后很激动：“我莫名地感觉到，这件事情太重要了。”
如今，这所小学又成了他设想中的研学基地。他说：“教育本身不是知识的简单灌输。”他一直想划出一块地，分给各班种作物，让孩子过段时间回来看它长成什么样。“动手能力极重要，好奇心极重要，这就是培养科学精神。”
从当年泅水过河去上学的少年，到如今为乡村教育奔走的院士，他把读书改变命运的亲身经历，化作了照亮乡村后辈的一束光。
在最后的院士对谈环节，刘忠范院士与化学家、毒理学家赵宇亮院士，围绕材料科学、技术变迁与人工智能，展开了一场跨界对话。
赵宇亮院士感慨，自己年轻时科技发展节奏缓慢，比如70年代、80年代，十年、二十年都处在同一水平，80年代和90年代也不会有太大变化；而如今短短十年，科技面貌天翻地覆，很多过去完全不可想象的技术纷纷落地。刘忠范院士对此深有共鸣。从录音带、光盘到U盘，他亲历了存储介质的迭代变迁，也深知这背后是芯片与信息技术的飞速发展——它既承载知识，也处理知识，推动着科学技术和产业快速发展。
谈及人工智能、量子技术、核聚变等新技术带来的影响与挑战时，刘忠范院士坦言，自己对人工智能的理解还非常有限，甚至觉得它是突然冒出来的，一度觉得像神话。但他也承认，如今AI输出的内容质量，早已远超过去简单的信息检索——过去用网站搜索，往往只得到只言片语，如今AI都能直接给出一个相当完整的答案。随后，两人围绕“知识改变命运是否已经过时”、人类该如何应对时代变革展开探讨。赵宇亮院士认为，技术会持续迭代，但人类必须不断拥抱变化，这一点不会改变；刘忠范院士也表示，新技术既是挑战，也是机遇。
对话中，赵宇亮院士特别提到畅想对科研的价值：他小时候看凡尔纳的《海底两万里》，书里的潜水艇当时根本不存在，一百多年后，人类真的造出了潜水艇。刘忠范院士接过话头，补充说，很多新产品都是畅想出来的——70年代如果拎一部手机，别人肯定以为你是天外来客；古人畅想的嫦娥奔月、像鸟一样飞，如今也一一实现。他风趣地说：“我反倒很好奇，还有哪个没实现，大都实现了。”在他看来，畅想并不是胡思乱想，它也有物质基础，是物质决定你畅想的东西。他甚至开玩笑说：“我就在想，狗会不会畅想，我真不是开玩笑。”
从技术变迁到想象力驱动创新，两位院士的对话，折射出这个时代尤为珍贵的两种品质：时代飞速变化，仍需保有好奇心；技术迭代加速，更要保持理性清醒。科学的边界不断拓展，而人类探索未知的脚步，永不停歇。
从吉林山村远赴海外求学，从北大化学楼到北京石墨烯研究院，数十载光阴里，刘忠范院士走过了石墨烯从实验室研究走向市场化应用的开拓征程。岁月流转，始终不变的，是他科研报国的初心。本周二21:10，锁定北京卫视《大先生》第五季，跟随刘忠范院士走进石墨烯的奇妙世界。看这位新材料领域的拓荒者，攻克技术难关，为我国新材料产业蹚出一条自主创新之路。
来源：北京科普发展与研究中心
