大家好！我是王旭东。非常感谢格致论道讲坛给我这个机会，让我在这里分享我们的创新故事，一个老院所的创新故事。

从科研工作者变成了中关村创业者

我的故事从一句话开始：“材通穹宇，料定天下”。这是北京航空材料研究院的价值追求。

北京航空材料研究院1956年成立，是我国唯一一家面向航空从事先进材料研制的单位，到今天已经有将近70年的历史。

作为一名材料的学生，我在博士毕业后能到这样一个大院所工作，是非常荣幸的。并且我作为一个军迷，在这里我不仅看到了很多知道的飞机，还看到很多之前不知道的飞机、飞行器。它们都要依托这个研究院，依托这里的技术，这里的人。

研究院所研发的技术不止用在飞机领域，在我们的民生领域也应用广泛。比如说2008年奥运会开幕式上那让大家记忆犹新的画布技术，就来自于这里。

这个画布很轻盈，更难得的是它也有极高的强度，还能够在它上面作画。它贯穿了奥运会整个开幕式，航空技术在奥运会上展示了科技之美。

我也深深地被航材院的技术所折服，我感觉我将在这里找到我的人生理想，就是在国之重器上贡献我的一生。

就像我师父陆政研究员所说，当老的时候，看着天空中飞过天安门的飞机，能对孩子说：“那里什么是你父亲做的。”我想我如果在退休的时候能如此，那人生就完美了。

在老师傅的带领下，我有幸参与了我们国家多个重大型号的研制，赶上了20一代的尾巴。

20一代标志着我们国家的航空进入到了一个全新时代，我们从当初的望尘莫及到能够望其项背。在“直20”“歼20”“运20”支撑下，我们的航空装备可以说达到了和国外同台竞技的水平。能够从事这样的研究，在这里发挥自己的作用都让我骄傲。

但是，毕竟我们只是赶上了20一代的尾巴，它是属于我师父一代的。一代人有一代人使命。

在2014年，我刚从型号研制现场回来，就被召集到一个高级别的技术会议上。在那里，我看到了我国装备未来的样子，知道了我国航空装备将全面进入自主创新的时代。

材料作为装备的基础是极为重要的，没有全新的材料就不会有全新的装备。一代材料，一代装备，一代制造业。只有我们有了全新的自主创新的材料，才能支撑我们国家未来的装备不走别人的路，走出自己的路线。

但是自主创新或者叫原始创新是极其困难的，对于一个老院所来说更加困难。原来的创新叫做改良型创新，打一个不恰当的比方，就好似在这个陷阱边上绕了一下，虽然有惊、但是无险。所以在过去，我们有很多型号能够快速地井喷式的出现。

但是在未来，我们将进入原始创新的阶段。在这个阶段我们必须靠自身的力量

跨越创新的陷阱，没有任何人可以帮你，所有的坑都必须自己踩。

从这天开始，从这个会议开始，我从一名科研工作者逐步变成了一名中关村创业者。我开始学习一些创新的理念和知识，也把它们应用在我们的研制过程中。

代表人类未来的碳材料

那国家为什么要花这么大的力气，让一群年轻人去从事新材料的研究，还要成立北京石墨烯技术研究院这样一个新型的研发机构？

我们研究的课题就是石墨烯。这张图显示了人类文明划分时代的标志就是材料。从青铜时代开始，到了钢铁时代，到了硅时代。那未来什么材料可以代表人类的发展呢？我们找到一个规律，就是人类对材料的利用的演进过程，是从原子序数重的材料到原子序数轻的材料。从29、26、14，未来一定属于轻于硅的材料，具体而言就是碳。

碳材料有诸多优异的性能，它能够帮助我们实现造出像太空电梯、反重力飞行器、常温量子计算等等想法，是能够真正意义上实现人类从地球文明变成星际文明的一款材料，是极科幻的一款材料。而石墨烯就是碳材料的基础。

这展示的就是石墨烯，它以非常自然的形式弯曲，非常像打弯折的丝绸袖子，有一点点“翩若惊鸿，婉若游龙”，真的是非常美的。

有人说数学是完美的，其实碳材料也是完美的。人类经过不断努力，已经发现了4种碳材料，分别是0维的富勒烯，也叫足球烯，1维是碳纳米管，2维就是石墨烯，3维是石墨。可以说，碳材料完整地构成了我们人类所需要的0维、1维、2维、3维材料的构型。它是一个终极的材料形式，通过它可以构成我们所需要的任何一种材料。

而其中石墨烯极为特殊，当石墨烯经过适当的裁剪和弯曲以后，它可以变成0维的富勒烯，也可以变成1维的碳纳米管，更可以通过3维叠摞的方式变成石墨。石墨就是我们写的铅笔，每一次铅笔划过纸张掉下来的碎屑里面可能就有石墨烯。一个毫米的石墨就是由140万余层石墨烯组成的。石墨烯是碳材料的基础，而碳材料代表了人类的未来。

这张图是石墨烯真实的电子状态，非常像蜂巢，也就是科学家对于石墨烯的定义“蜂巢六角形”。

石墨烯在结构上有两个特点：一个叫做SP²杂化，它有什么意义呢？举一个形象的例子，如果想把一层石墨烯扎透，需要一头大象的重量。一层石墨烯多厚？它只有0.334个纳米，如果放在大家眼前，它就像皇帝的新衣一样是透明的。但是要把这张透明的薄膜扎透，需要一头大象的重量。

另一个，石墨烯有非常好的量子特性。石墨烯中的载流子是无质量的狄拉克费米子，什么意思呢？它可以发生常温的克莱因隧穿效应，像现在的量子计算、常温超导就离不开这样的效应。

因为这样的电子云特性，石墨烯会有反常量子霍尔效应，这也是未来我们做高性能计算器的一个基础。它涵盖了我们人类对结构材料、功能材料所有的期望于一身。

但就是这么一种材料，在早期它却被认为是一种“根本不可能存在的物质”。在上个世纪，理论物理学家就已经通过计算预言了石墨烯的存在。2维碳很容易预言，但是他们预言热力学涨落不允许二维晶体在有限度温度下自由存在，这个材料只能停留在实验室和想象中。

石墨烯的发现过程非常令人感慨。这张照片是安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，他们是师徒。他们把一种已经被理论物理学家判定死刑的材料真正做出来了。

他们的想法很简单。盖姆认为，既然石墨是由碳一层一层累加的，那如果我用无限二分的方法是不是就能得到单层碳。这两位师徒就开始拿透明胶带粘，用的就是我们在超市里能买到的那种透明胶带。

当然这其实是戏谑，实际上他们坚信自己可以得到这种物质，并且已经通过自己的计算发现石墨烯是可以通过自由卷曲来克服空间涨落的。他们是真正意义上从理论跑到实践，先坚定了自己的想法，然后用一种可行的物理方法去证明它。

图中是由安德烈·盖姆签字的透明胶。他们就拿这个透明胶粘，一粘就是两年多。

这个过程很艰辛，但是他们没有放弃，用了两年的时间终于得到了单层碳并且证明了它的性能。他们发表论文的时间是2004年，获得诺贝尔奖是在2010年，只用了6年的时间，这也是历史上最快获得诺贝尔奖的一个发明，可见石墨烯对人类多么重要。

用石墨烯改善生活

这一款这么高大上的材料，应用是不是离我们生活很远？其实我们回看东京奥运会，就有很多例子。我们知道奥运会追求“更快、更高、更强”，除了运动员坚韧的品质和身体素质，有些运动还高度依赖器材，比如说自行车和射箭。

这两个项目的冠军都使用了石墨烯的器材。荷兰选手穿着的石墨烯服装能够快速让身体散热，帮助其夺得了自行车拉力赛的冠军。而韩国选手通过使用石墨烯增强的弓箭获得了射箭的冠军。可见这个材料只要是使用到位，它会对我们的生活带来极大的变化。

在最近的北京冬奥会，我们团队接到了一个研发任务，要针对冬奥会的场景，为志愿者长达两个小时以上户外工作提供保障。大家可能会想，这不是很简单，穿羽绒服呗。但在﹣15℃超过两个小时，穿着羽绒服的人体就会失温。

那我们再给它加个发热宝嘛。其实并不是那么简单，如果我们只是采用发热宝，还是就可能给志愿者带来冻伤的伤害。所以说，我们需要一款材料能够控制人体的发热效应，最好像我们晒太阳一样。

非常巧的是，我们之前就给部队研发过这样一款材料，使得我们边防部队在巡检的时不再有这种冻伤的现象。我们也看过电影《长津湖》，希望我们人民子弟兵不再有长津湖冻伤之痛。

这是什么原理呢？石墨烯是2维材料，而在电场的作用下，它的振动可以理解为声子主要集中在石墨烯的薄膜层，我们叫做石墨烯的表面声子效应。

声子的振动会释放出红外线，而这个波长通过我们的人为操作，可以控制在5-25微米范围内，就是我们晒太阳的波段。它可以很好地被我们人体吸收，并达到皮肤表面以下12个毫米的位置，而不是简单地只在皮上组织接收，也避免了冻伤出现。

每一个学科其实背后的学问都很深。我们为此也开发了一个专用材料。这就是我们为冬奥会志愿者做的服装，礼仪人员身着这样的服装避免了臃肿的状态，展示了我们大国之仪。

高科技的人工智能皮肤

当然，石墨烯如果只是解决以上的一些需求，它还不足以这么被重视。我们更多的创新，完全是从0到1的一个创新，其中一个方向就是面向人民生命健康的创新。

在人民生命健康这一领域，数据是非常重要的基础。只有当我们积累了大量的人群的健康数据，才能对疾病进行分类、整理并且预判。但是人群的健康数据和我们的基因库一样，是一个国家，一个人群，一个种族重要的核心机密，也是一个国家重要的数字资产。所以这样的研发再难，我们只能依托于自己的技术。

当我们接到这个开发要求的时候，整个团队都是完全懵了。因为我们要造的是一款人造皮肤，而且不是简单从理论上计算或者在实验室鼓弄它，是要真正意义上实现批量化生产。

大家可能还觉得人造皮肤离我们很远，其实在未来几年，它就会陆续投放市场，因为我们已经完全突破这个技术。但是它的整个研制过程极其艰辛，我们的年轻团队几经波折，甚至想要放弃。

因为达到量产级的人造皮肤要求非常高。首先它要足够轻柔，这就对我们很多技术给出了限制。还要达到毫秒级的响应，不能说这个人造皮肤在我们做动作以后很长时间才给予反应。并且要有微米级的分辨度，要达到肉眼无法分辨的程度。最重要的是价格还要足够的低，足够的亲民，能够让老百姓使用，我们才能有数据积累的基础。

团队拿到这样的一个研发任务，它根本不可能通过现在已知的任何一款产品来转化。所以说做0到1创新时，遇到的第一个问题就是前路茫茫。

当面对前路茫茫的时候，你最常想的一件事情是退缩，我们的团队也一样。在这个过程中，我们多次想过退缩，甚至经历了长达两年多毫无进展的时期。要知道对于一个团队来讲，两年多不产生任何效益是非常难受的一件事。但是我们这个体制很好地鼓励和支持了我们的团队，让我们坐下来去想，去分析，抓住问题的关键。

我们抓住了石墨烯层间表面效应这样的一个特性，终于在两年后的某一个时间，可能是在吃三明治的时候，想到了一个办法，就是通过石墨烯的微纳加工构造微观三明治结构。最后我们得到了标准化的石墨烯压感器件。

通过这种压感器件，我们就可以得到精度极高的人造皮肤。我们团队的这款人造皮肤，它的检测范围可以从0.03到30公斤，动量范围极大，完全可以适应人群需要。响应时间小于50毫秒，完全可以做到无感。它也可以达到将近200赫兹的刷新率，集成点位在19个，稳定性达到10万次以上，重量低于25克。简单来说集成在我们的装备，比如说鞋上面，可以毫无感觉，分辨率达到300个PPI（每英寸的像素数）。

我们来看看它实际工作的样子。基于这样的数据收集，我们已经可以通过人工智能识别几十种疾病和运动伤。

通过这样的扩展，未来可以大幅度地促进人群的健康预判，包括运动员和一般老百姓的健康管理，也能通过对这些数据的判断和识别，提前感知我们整个人群的健康情况，并且经过合理调整，来促进人群健康。

在这个事情上取得突破以后，后面很多应用就顺着突破了。我们针对适老人群的康养需要，医护和特种人员的需要，开发了一系列的电子皮肤，也正在逐渐应用在一些装备上面。

天下万事须自为

下面这就是我们这支非常年轻的团队。

石墨烯研究院就是由这么一群年轻人组成，平均年龄不到30岁，70%以上都是硕士学历。这些年轻人和大家一样，在面对困难的时候有过困惑，但是最重要的是我们如何面对困难。就像中关村第一代创业者一样，就像航空材料研究院第一代创业者一样。

我们正不断突破，已经在飞机、发动机、高铁等高端装备，生物、医药、新能源等多个方面有了自己全新的0到1的创新。

回头再看“材通穹宇，料定天下”。能有这样的气魄，是因为北京航空材料研究院有一代又一代为国付出的科学家。老一代科学家如颜鸣皋院士、曹春晓院士，当他们去熔炼我们国家第一炉钛合金的时候，比我们还困难。但是国家需要他们，他们没有退缩，扛下了自己该扛下的历史使命，也铸就了我们院所的传奇。

最后用一首诗结束。“游莫羡天池鹏，归莫问辽东鹤。天下万事须自为，跬步江山即寥廓。”希望我们年轻人能够承担自己的历史使命，能够在我们20年以后再相聚的时候，因为承担了我们该承担的历史使命而骄傲。

谢谢大家！