2017年10月26日

 

 

 

 夢起藤嶋昭研究室——他把“LB膜研究”做成世界級水平

劉忠範1984年10月留學日本，1990年3月獲東京大學博士學位；1990年4月至1991年8月、1991年8月至1993年6月，分别在日本東京大學和岡崎國立共同研究機構分子科學研究所從事博士後研究。1993年6月5日回beat365化學系任教。

從1993年回國到現在，劉忠範院士在beat365任教已經24年。現在的他已經是中國科學院院士、全國人大代表，身上的頭銜數不勝數。時間回溯到1984年10月5日，當時正值改革開放初期，受國家教委公派，劉忠範與其他100餘名成績優異的中國學子赴日本留學。日本橫濱國立大學是劉忠範在日本最初的落腳點，在這裡經過兩年半的學習，取得了碩士學位。

在橫濱國立大學，劉忠範的研究方向是生物電化學，這期間雖然在學術上取得了一些成績，但是離劉忠範想象的科研仍有差距。他想換個新的環境，于是決定離開橫濱國立大學，到日本最高學府東京大學繼續深造。他慕名找到了日本電化學和光催化領域的知名教授藤嶋昭老師。1987年4月，順利通過東京大學博士入學考試，劉忠範如願以償進入藤嶋昭研究室。在藤嶋昭研究室，劉忠範開啟了他真正意義上的學術生涯，這也正是他逐夢開始的地方。

從貧窮落後的中國到發達的日本，劉忠範承載着祖國寄予的厚望和自己對知識的渴望。但在橫濱國立大學兩年半那段時間裡，他總感覺缺少方向感，對自己到底應該從事哪方面研究也毫無把握，這種失落感一直持續到他來到了藤嶋昭研究室。1987年4月，劉忠範來到藤嶋昭研究室，進到實驗室首先要做的是選擇研究課題。藤嶋老師把他領到一間實驗室，指着一台積滿灰塵的儀器說：這是LB膜制備設備，現在沒人用，你就用它做學位論文吧。就這樣，劉忠範就“糊裡糊塗”地闖進了LB膜領域。

LB膜研究在當時算是一個很時髦的領域。利用LB膜技術，可以把一種雙親性的分子整齊有序地排列起來。在20世紀80年代，随着分子器件、分子電子學等新興學科領域的興起，逐漸受到人們的廣泛關注。但是，藤嶋昭實驗室的主流研究方向是半導體光電化學，對LB膜領域涉及比較少，先前做LB膜研究的學生已經畢業，劉忠範院士是當時研究室唯一一個研究LB膜的博士生。因此，可以想象，這是一條孤獨之旅，充滿了挑戰和神奇。

藤嶋老師平日裡很少具體指導學生實驗，在課題剛開始的階段，藤嶋老師告訴劉忠範多看些文獻，看哪個文獻比較有意思就重複做一下。就這樣，劉忠範閱讀了大量的LB膜相關文獻，一篇有關偶氮苯LB膜的工作吸引了他的注意。按照藤嶋老師的建議，劉忠範做了重複實驗，後來就變成了博士論文的選題。誤打誤撞的長鍊偶氮苯分子的LB膜研究讓劉忠範感受到了科研工作的無窮樂趣，也給他帶來了一個又一個的收獲喜悅。他的第三篇文章發表在頂級學術期刊《Nature》上，這項基于偶氮苯LB膜的光電化學信息存儲技術引起了人們的廣泛關注，富士電視台還做了專門報道。

後來，劉忠範在LB膜領域發表了數十篇高水平科研論文，成為了這個領域名副其實的世界級專家。在2000年德國波茨坦召開的第九屆分子有序膜國際會議上，劉忠範應邀做了大會特邀報告。2003年，劉忠範作為大會主席承辦了第十屆分子有序膜國際會議。多年來，他一直擔任該系列國際會議的國際組委會成員。他還與另外兩位科學家一道，創立了亞洲有序膜學術會議。在藤嶋研究室，劉忠範真正愛上了科研，是藤嶋老師把他領進了神聖的科學殿堂，讓科研成為他一生的事業追求。

 

劉忠範院士在LB領域發表高水平文章

 

2008年1月8日劉忠範院士在國際會議上做大會報告

夢裡不知身是客——他與“造夢大師”的深度交集

在劉忠範院士的逐夢過程中，把藤嶋老師比作“造夢大師”一點不假。劉忠範一個個夢想都是藤嶋老師的引導下逐步産生的，而又最終變成現實的。

這裡有一個關于啤酒券的故事，20世紀80年代末，正值日本經濟如日中天之際，作為知名教授的藤嶋老師經常會收到企業贈送的啤酒券，通常一張啤酒券上有四瓶啤酒。藤嶋老師常常把這些啤酒券送給學生作為激勵手段。喜歡喝點兒小酒的劉忠範經常是受益者，“是不是實驗不順利了？給你幾張啤酒券找朋友喝酒去吧，回來接着幹”，這些看似不經意的鼓勵讓劉忠範至今仍記憶猶新。

盡管具體的實驗指導并不多，但藤嶋老師的學術視野和對科學問題的把握能力堪稱學術大師。他對實驗數據非常敏感，能夠從雜亂無章的數據中發現有價值的線索，鼓勵學生向前推進。他會給學生們充分的自由發揮空間，讓學生們自己去體會和琢磨，去體會科研的樂趣，找到适合自己的工作和學習方法。在藤嶋研究室裡，你感受到的隻是科研工作本身的樂趣，而不是其他功利性的東西。在學生們購買實驗設備和耗材方面，藤嶋老師也是非常豁達的，總是會盡量滿足學生們的需求。

平日裡藤嶋老師非常忙，但還是會抽出時間來鼓勵學生、幫助學生，尤其是與中國留學生一直亦師亦友，并且這種關系延續至今。博士畢業之後，劉忠範想去美國繼續深造。第一次辦理赴美簽證遭到拒簽，理由是有移民傾向。第二次去美國駐東京大使館簽證時，藤嶋老師竟然決定親自去作證擔保，讓劉忠範感動萬分。盡管依然遭到拒簽，藤嶋老師對學生發自内心的關愛和支持卻深深刻在劉忠範的記憶裡，并影響到他此後一生的為師态度。

簽證被兩次拒簽，劉忠範的美國深造計劃被打斷，在藤嶋老師的建議下繼續留在研究室工作。1991年8月，在藤嶋研究室呆了将近五年的時間後，劉忠範希望換個環境，學點新的東西。于是跟導師提出去日本國立分子科學研究所，追随著名化學家井口洋夫先生從事生物有機半導體材料研究。藤嶋老師尊重了學生的選擇，并表示“如果井口洋夫教授不接受你的話，就回來繼續做”。後來，劉忠範如願以償，在井口洋夫先生指導下開始了新的領域探索。在此期間，他們依然保持密切的聯系，藤嶋老師更是毫不吝惜地給予劉忠範力所能及的幫助。

在關鍵時刻，藤嶋老師總能站在學生的角度考慮問題，給予盡可能的幫助和支持。直至今日，依然深深地影響着劉忠範院士。從日本回國24年來，作為中科院院士、beat365教授，他的課題組也有不少外國留學生，他親身體會到由于語言和生活習慣上的差異，在指導留學生上遠比本國學生操心。作為知名教授，藤嶋老師能夠做到這一點實在難能可貴，尤其親自陪留學生去大使館辦簽證，更是超出常人想象。劉忠範院士至今還記得，每年元月三日下午在藤嶋老師家裡的例行聚餐活動，豐盛的日本料理、香醇的日本清酒，有時還有唱歌跳舞的即興表演，給每個身在異鄉的留學生都留下了美好的回憶。

 

留學期間研究室聚會：藤嶋老師（左一）、劉忠範（右三）

 

 

留學期間研究室活動：藤嶋老師（左一）、劉忠範（左三）

1993年6月5日，劉忠範從日本回beat365化學系任教。為支持劉忠範盡快在北大建立起自己的實驗室，藤嶋老師與井口洋夫先生一道，贈送了足足一卡車的儀器設備。這在當時幾乎是史無前例的事情，引起中國駐日大使館和原國家教委的高度重視，安排“向陽紅号”科學考察船運回了這些先進科研設備。中國駐日大使館還為劉忠範舉行了歡送會，原國家教委留學生司和beat365相關領導親自到首都機場迎接。1993年10月底，藤嶋老師還專門在beat365召開了“中日雙邊光電智能材料與分子電子學研讨會”，讓劉忠範擔任會議主席，支持他在中國發展自己的科研事業。藤嶋老師帶領數十位日本學者參加會議，還拉了不少會議贊助商出席。這個系列會議一直持續至今，會議規模也從最初的數十人到現在的數百人，已經成為藤嶋老師支持中國弟子發展的一個品牌性學術活動，這些弟子包括姚建年院士、江雷院士、顧忠澤教授、隻金芳研究員等等。盡管藤嶋老師事務繁忙，他每次都親自參加會議，弟子們也都積極參加這個親情滿滿的學術聚會。

 

1998年5月4日beat365百年校慶撞鐘儀式；左起：季羨林、李嶺、王選、劉忠範

  

第一屆中日雙邊光電智能材料與分子電子學研讨會

“夢之隊”閃亮登場——他不是一個人在戰鬥

劉忠範院士身後站着的是一個有夢的團隊。

1993年回國之後，劉忠範立即動手組建了自己的科研團隊。受藤嶋老師的深刻影響，劉忠範院士特别重視團隊文化建設和對學生的培養。每周一次的學術讨論會、新年聯歡會、五一春遊、還鄉團活動等都是團隊文化的具體體現。劉忠範對學生的傾心付出結出了累累碩果，從劉忠範研究室走出的學生已經有44位教授或研究員，還有衆多的副教授或副研究員，遍及國内外知名學府和科研院所，僅beat365就有三名教授出自他的門下。這些畢業生很多都已成為業界精英，其中包括3名萬人計劃學者、5名傑青、7名優青、4名長江學者等。劉忠範還培養出了一批商業精英，包括8位企業董事長或CEO，其中4人在劉忠範研究室設立了獎學金。這些都傳承了藤嶋老師重視人才培養的優良傳統。

為了拓寬學生視野，劉忠範院士借助日本振興科技機構（JST）發起的櫻花計劃（向中國、東南亞等亞洲國家提供資助，促進亞洲科技交流），與藤嶋昭研究室進一步加強聯系。2016年2月，百忙之中抽出時間帶領剛剛進入研究室的數名學生到東京理科大學的藤嶋研究室進行學習交流，感受日本的科研文化，讓他們學習日本人的學習态度，促進學生們養成好的學習和科研習慣。

在走過二十四年旅程的今天，劉忠範的研究團隊已經發展到120人，成為beat365最大的學術團隊，也是享譽世界的納米碳材料研究團隊。這些年來，劉忠範創立了許多個中國第一：第一個跨院系、跨學科的beat365納米科學與技術研究中心，第一個beat365納米化學研究中心，第一個北京市低維碳材料科學與工程技術研究中心，第一個beat365-東京大學納米碳材料卓越創新中心，第一個中國化學會納米化學專業委員會，第一批中組部萬人計劃“科學家工作室”。為了強化實用性技術的研發工作，他還創建了北大-凱盛石墨烯研究中心、北大-寶安烯碳科技聯合實驗室、以及北京石墨烯研究院。劉忠範院士認為，這些成績的取得都與當年藤嶋老師的精心栽培密不可分。

與夢同飛——他把“石墨烯研究”引向一個更高的高地

石墨烯号稱“新材料之王”，是由單層sp2雜化的碳原子堆積而成的二維蜂窩狀碳材料。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家Andre Geim和Konstantin Novoselov使用透明膠帶對定向石墨進行反複粘貼與撕開，首次制備出單層石墨烯。石墨烯具有獨特的零帶隙能帶結構，擁有極高的載流子遷移率，導電性能超過金屬銀，并擁有迄今為止最高的熱導率，強度是鋼的200倍，被稱為“黑金”，是一種具有廣闊應用前景的戰略新興材料。兩位先驅也因此獲得了2010年諾貝爾物理學獎。從此，石墨烯成為學術界和産業界的新寵，世界範圍内興起了石墨烯的研究熱潮。

劉忠範團隊是2008年進入石墨烯領域的。在劉忠範院士的辦公室裡，擺放着石墨烯的結構模型，如今他已經是石墨烯領域鼎鼎有名的大專家了。
石墨烯原材料制備是未來石墨烯産業的基石，也是石墨烯領域的研發重點之一。劉忠範團隊是石墨烯薄膜材料生長方面的旗手性角色，在化學氣相沉積生長方法研究方面取得了一系列開拓性和引領性成果。

在日本的求學經曆讓劉忠範院士特别注重腳踏實地地做真正有用的東西。尤其是近些年，中國學術界太過于關注文章，研究成果轉化率極低，大多華而不實。劉忠範院士認為，需要盡快改變這種炒作式的科研文化，做點真正有價值的工作，或者對科學本身有用，或者對國計民生有用。日本人做事樸素紮實，能夠用心去做對科學或社會有用的東西，這也是日本人過去二十年來諾貝爾獎井噴現象的根源所在。

基礎研究的産業化需要時間和耐心，碳纖維的發展史是個典型的例子。從二十世紀七十年代初日本東麗公司開始碳纖維材料的工業量産至今，已經經曆了近半個世紀的曆史。當初的碳纖維隻能做釣魚竿和高爾夫球杆，而今天的碳纖維則已成為航空航天和國防領域的支撐材料。東麗公司在碳纖維原材料制備方面的不懈努力和堅持是今日碳纖維産業的重要推手。劉忠範院士認為，未來的石墨烯産業将走類似的發展道路，絕非一蹴而就，需要耐心和堅持，尤其需要像東麗公司那樣的工匠精神。劉忠範強調，他的團隊願意擔當起這個曆史重任。他的團隊在高端石墨烯薄膜生長方面做出了巨大的努力，也已成為該領域的中流砥柱。2008年以來，劉忠範團隊在石墨烯領域突破不斷，标号石墨烯薄膜、超潔淨石墨烯、超級石墨烯玻璃、超級石墨烯光纖、新一代石墨烯基半導體照明技術等，都代表着石墨烯研究的發展前沿。

 

 

劉忠範院士在實驗室

劉忠範和他的團隊并沒有滿足于這些實驗室研究成果，在推進未來石墨烯産業發展方面也做了大量的探索工作。在北京市政府的支持下，劉忠範推動成立了“北京石墨烯研究院”，打造全球石墨烯創新中心，并親任院長。研究院十年總投資20億元人民币，一期實驗室面積2萬平方米，專職研發人員300人。研究院的定位是，引領未來石墨烯産業的核心技術策源地、政産學研協同創新機制和創新文化建設示範區、以及全球高端人才彙聚地和創業基地，現在已被納入國家科技創新中心“新型研發機構”試點基地。鑒于産學研有效結合一直是中國高科技産業發展的短闆，劉忠範提出了“企業研發代工”的概念。根據這一新的理念，劉忠範在北京石墨烯研究院設置了多個針對特定企業的專業研發團隊，擔當着該企業的石墨烯應用研發機構的角色。劉忠範表示，這種新的産學研結合模式一方面為研發團隊提供了明确具體的應用目标牽引，另一方面也解決了研發成果的産業化落地問題，确保研發人員和企業充分發揮各自的優勢，同時也為高技術研發提供穩定的資金支持。北京石墨烯研究院成立不久，就已經産生了巨大的吸盤效應，引起國内外同行們的廣泛關注。此外，劉忠範院士還牽頭成立了“中關村石墨烯産業聯盟”，擔任理事長；推動成立了“北京市石墨烯産業創新中心”等等。這些重要舉措，為中國未來的石墨烯産業奠定了堅實的基礎。

 

北京石墨烯研究院

 

劉忠範院士出席北京石墨烯創新中心授牌儀式

劉忠範的個人名片：

劉忠範1984年10月留學日本，1990年3月獲東京大學博士學位；1990年4月至1991年8月、1991年8月至1993年6月，分别在日本東京大學和岡崎國立共同研究機構分子科學研究所從事博士後研究。1993年6月5日回beat365化學系任教同年晉升教授。1994年獲首批國家自然科學基金傑出人才基金資助，1999年首批受聘“長江學者獎勵計劃”特聘教授，2013年首批入選中組部“萬人計劃”傑出人才。主要從事納米碳材料、二維原子晶體材料和納米化學研究，在石墨烯、碳納米管的化學氣相沉積生長方法研究領域作出了一系列開拓性和引領性工作，是國際上公認的納米碳材料代表性研究團隊之一。發表SCI檢索學術論文500餘篇，申請中國發明專利70餘項。曾任國家攀登計劃（B）、973計劃和納米重大研究計劃項目首席科學家、國家自然科學基金“表界面納米工程學”創新研究群體學術帶頭人（三期）。

現任北京石墨烯研究院院長、中關村石墨烯産業聯盟理事長、中國國際科技促進會副會長、beat365納米科學與技術研究中心主任、教育部科技委委員及學風建設委員會副主任和國際合作學部副主任、北京市人民政府專家咨詢委員會委員。“物理化學學報”主編、“科學通報”副主編。英國皇家化學會會士、英國物理學會會士、中國微米納米技術學會會士。

第十二屆全國人大代表、九三學社第十三屆中央委員會委員和院士工作委員會副主任、北京市九三學社第十三屆委員會主任委員。曾任北京市科學技術委員會挂職副主任。

 

劉忠範院士（右二）獲國家科學技術二等獎

 

2013年3月9日劉忠範院士在第十二屆全國人大代表團會議上發言

文/客觀日本編輯部