创新从来都是九死一生的，但是我们必须坚持努力奋斗。颠覆性技术是一个系统工程，需要有创新的文化基础和底蕴。科技创新是科学技术和工程中新的状态、现象和规律，增强人类对自然现象、技术奥妙和工程途径的认识和把握。

　　科技创新的动力与内涵本质

　　创新的内涵主要有三个方面：第一个重要的特征是“无中生有”。第二个是创造和体现价值，这些价值包括科学价值、艺术价值、文化价值、商业价值等方面。例如想象的延展，时空的融合，创新的终极目标是颠覆性技术的创新。

　　哈佛大学商学院某位教授说过，颠覆性技术是使得某个应用行业领域直至社会生活的体系、秩序进行重构的技术。那么，颠覆性技术最重要的目标是商业化，它是从原有的低端或者边沿市场切入，改变原有的行业规则，最终形成新的价值体系和全新的市场格局。颠覆性技术的创新一定是来自科技创新技术的体系，这些体系包括很多的方法，它是一个包括自然科学体系和工程技术体系在内的庞大的技术体系。

　　第三个方面，创新要素与创新途径。只有保证创新要素的发挥有正确的途径，才能使得颠覆性技术得以实现并为人类和社会发展做出贡献。创新要素包括硬件平台、环境和软件、创新思维。

　　创新的动力来自需求，主要有三个方面来驱动：使命、兴趣和问题。为了保证创新的持续发展，选题、研究和成果的应用非常重要。选题要面对需求，一定要站在学术的前沿，技术层面短板是我们要攻克的主要问题，研究的基础一定要保证所提出的目标能够实现，或者可以实现。研究过程的成果质量和水平则由重大关键技术、重大基础理论、学术前沿的创新来决定。

　　颠覆性技术和创新的应用案例

　　从这几年诺贝尔科学奖得主可以看出，很多新的科学原理和创新持续出现，并且快速地应用在科学技术各个方面。

　　第一个案例，激光冷却捕获原子。原子非常细小，并具有量子的特征，也就是不确定性原则，要捕获单个的原子是非常难的。但是美国的诺贝尔物理学奖获得者，采用激光冷却的办法，让原子实现大距离地跳跃，然后温度被冷却到接近于零开尔文，这时我们就可以捕获单个的原子。

　　第二个应用案例，大规模制造金刚石。金刚石是大自然赐给人类的宝石，它具有多方面的性质，超高的硬度和非常高的导热系数，并且是绝缘的。它在很多方面有应用，但过去一直来自天然领域，现在人类通过热力学计算和合成化学动力学条件的调控，可以大规模实现制造。

　　第三个案例，单粒子成像。单粒子例如原子具有量子的不确定性，它的成像取决于我们对单粒子的控制，所以对于很多单粒子的控制和捕获，包括原子、分子乃至比原子更小的粒子的控制与捕获，决定着成像技术的发展。

　　石墨烯的创新实践

　　石墨烯是一个非常重要的材料，它的性质好，有超过贵金属5倍的导电和导热系数，有100倍高于单晶硅的载流子迁移率，而且它还是透明的，但制备相当艰难。

　　诺贝尔物理学奖获得者安德里亚·格兹采用物理学方式剥离，即用透明胶的方式剥离，但是这只能得到很少量的单层石墨烯，这是目前主要的石墨烯制备方法。要实现大规模的合成制备，仍是一个问题。第二种是气相沉积法，就是采用天然气作为碳源，高温裂解产生碳，沉积在金属铜薄膜上，铜薄膜催化碳沉积成为石墨烯。第三种方法是化学氧化还原，采用浓硫酸、高锰酸钾强氧化剂，把石墨表面氧化溶解于水，这样就可以获得单层石墨烯，但是这些方法都有一个问题，所获得的石墨烯，要么被破坏，要么形成的单层性质不好，而且石墨化程度不高。

　　我所在的欧阳晓平院士颠覆性技术课题组研发了一个方法，可以得到大规模的石墨烯，且单层性质更好，合成石墨烯的量高达97%。而且这种合成方法非常便宜，大概只有物理学剥离方法的十万分之一。

　　日产吨级的单层石墨烯粉体已经实现了稳定持续的生产，全部制造系统均为国产，不采用任何进口设备。石墨烯粉体就像沙子一样，它没有加工成形的能力，我们还发明了石墨烯水溶液制备方法。采用石墨烯单层平面边沿碳原子的选择性氧化，使得边上的碳原子被氧化，中间的碳原子保留，这样就可以溶解于水或者其他有机溶剂当中。石墨烯水溶液在未来半导体制备、芯片、太阳能薄膜、光电器件、透明柔性电极等方面都有很好的应用。

　　第二是石墨烯和金属及金属氧化物的复合。石墨烯包覆的铜纳米粒子可以取代银粉，成本非常便宜，生产工艺也简单，应用领域很广泛。我们在研究过程当中成功地制备了石墨烯包覆氧化亚铜，非常稳定，可以提供一种长寿命的生物附着涂层，经过船体在海中的系列实验，效果较好。石墨烯还可以在锂离子、动力电池和储能电池中有广泛的应用。石墨烯包覆的磷酸铁锂循环2500次，衰减只有8%。我们还用石墨烯复合天然石墨和人造石墨，制备出高安全性、长寿命、高容量、大倍率充放电的石墨烯负极材料。

　　我们采用液相的石墨烯技术与高纯度石英砂进行化学反应，生成碳化硅，可以得到纳米级别的颗粒尺寸，用来制备碳化硅大功率半导体即第三代大功率半导体晶圆，成本非常低，设备也全部国产。

　　采用石墨烯作为载体，还可以将很多金属负载在石墨烯表面或者石墨烯结构当中，取代碳原子成为燃料电池非常重要的氧还原催化剂。氧还原催化剂是氢燃料电池“卡脖子”的问题，到今天全球都没有什么好的解决办法。采用石墨烯技术，为氧还原催化剂带来了广泛的前途。

　　我们已成功合成了石墨烯复合的铁基催化剂，它在酸性甚至在水环境中都有非常好的稳定性。2019年诺贝尔化学奖获得者约翰·古迪纳夫引用我们这项研究时表示，这是他所知道的最稳定的单原子催化剂。

　　石墨烯具有很大的表面性和高的电子迁移率，在超级电容器领域有广泛的应用。欧阳晓平院士所带领的课题组成功地制备了高储能、高能量密度、大容量的超级电容器，这个超级电容器具有一系列非常好的性质。

　　它的突破包括：第一，保留率非常稳定，几乎不自放电；第二，能量密度非常高；第三，充电速度非常快。其在未来储能器件上一定会发挥重要的应用，而且安全性很高，任何穿刺以及破坏都不会引起爆炸。

　　采用石墨烯技术跟单晶金刚石技术的结合，可以制备大面积的人造金刚石。越来越多的大规模芯片和大功率芯片都需要良好的绝缘散热材料，而金刚石是绝缘的，它的导热系数为2000。目前碳化铝是最好的绝缘导热材料，它的导热系数只有400。金刚石制造的成本很贵，需要采用爆炸的方法产生高大气压才能制造，而欧阳晓平院士所带领的课题组能不采用爆炸技术，而是用机械加压技术就可产生5万个大气压，以得到大规模制备的金刚石。金刚石不光可用在首饰当中，未来在很多方面都有应用。（据“第二届未来技术与颠覆性创新国际大会”报告整理，未经报告人审核）