上世纪50年代末，日本原大阪工业技术试验所（Government Industrial Research Institute, Osaka，GIRIO）开发出了一种由极细丙烯酸纤维构成、主要成分是碳元素的材料——聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。
该所是日本产业技术综合研究所（Agency of Industrial Science and Technology，AIST）在日本关西地区的分支机构。尽管GIRIO已于2001年更名为AIST关西中心，但它作为日本科研机构的重要组成部分，自1876年起就一直为日本的技术进步贡献力量。
AIST现代研究园区一隅
GIRIO自1920年成立以来，一直为关西地区各行业提供技术指导，尤其助力中小型企业。其早期研究重点聚焦纺织业，碳纤维的开发自然成为关注焦点。所有研究均围绕提供高品质生活产品、保障公共安全与稳定这一核心主题展开。
研发历程：从灵感到突破
碳纤维的发展可追溯至19世纪末，当时托马斯·爱迪生将竹纤维碳化，通过定型并高温处理，用作白炽灯泡的灯丝。这些早期灯丝效率极低，不久便被效能高得多的钨丝所取代。
直到20世纪50年代，碳纤维的研发才重新受到关注。当时，美国的联合碳化物公司（Union Carbide Corporation，UCC）在二战末期开始寻找灯泡和真空管中钨丝的替代品。UCC成功开发出了一种可商业化应用的模压碳材料，但由于制造石墨纤维极其困难，纤维状碳材料被认为几乎不可能实现。
转机出现在1956年，UCC开始使用粘胶纤维（一种像棉花一样的纤维素基人造聚合物，曾广泛应用于服装）作为碳纤维的基础原料。1958年，UCC的科学家罗杰·培根博士在粘胶纤维中发现了可加工成碳纤维的”石墨晶须”，这标志着现代碳纤维研发的起步。
当粘胶基碳纤维研究在美国进行时，日本研究人员正在基于PAN（一种当时很少用于商业应用的合成聚合物）开创自己的碳纤维产业。PAN被证明是一种难以处理的聚合物，美国研究人员在尝试用它制造高模量纤维失败后便放弃了。而日本GIRIO的研究人员则在美国人止步的地方看到了机会。自成立以来，碳材料一直是GIRIO研发活动的支柱之一。1952年，进藤昭男博士加入GIRIO，并被分配到碳材料研发部门。
当时他并未预料自己的研究会有任何工业应用，但他的目标始终是尝试创造对社会有用的东西。1959年4月，进藤博士在阅读日本工业报纸《机械设计》时，一篇关于美国开发粘胶基碳纤维的文章引起了他的注意。这种材料的潜力激发了他的兴趣，他开始探索其未来的应用。
进藤博士于1959年5月，即在读到那篇文章仅一个月后，便启动了研究。早期的研发较为随意，但他很快发现了PAN基碳纤维的优势：优异的耐化学性、耐热性、抗腐蚀性，使其可用作防火材料以及高温气体和各种酸碱的过滤材料；结合其良好的导电性，还可用于红外辐射器或真空管灯丝；其纤维状柔韧特性也意味着它能用于各种电气设备。
起初，该研发项目属“普通”研发类别，资金有限。但几个月后，由于早期成果喜人，该项目在启动几个月后即从”普通”研发类别升级为”特殊”项目，获得了GIRIO急需的资金注入，团队也扩大到6至10名全职研究人员及其他辅助人员。到1959年9月，进藤博士已成功开发出制造PAN基碳纤维的工艺。
在PAN基碳纤维工艺问世之前，许多国家的工业界和政府都认识到碳纤维材料将拥有广泛的实际用途，但20世纪40年代和50年代，欧洲和北美只能制造碳或石墨的模压产品。粘胶纤维作为碳纤维原料的发现带来了热情与希望，但其碳转化率不足20%，效率低下。PAN基碳纤维的出现为碳纤维生产带来全新维度，进藤博士工艺制得的产品碳收率达50 – 60%，且更易于生产，为碳纤维生产开辟了全新维度。
PAN碳纤维一大优势在于其形状不受限于二维，可塑造成多种三维形状且保持拉伸强度与耐热性等宝贵特性。虽然最早的碳纤维产品使用粘胶纤维，但PAN迅速取而代之。PAN基碳纤维的卓越品质使其适用于军民用飞机机身部件、航天工业结构件、锂电池、体育用品、建筑结构加固材料等众多领域。
发明核心：以PAN为前驱体的创新工艺
进藤博士研究的巅峰是开发出以PAN作为前驱体制造碳纤维的工艺。他发现PAN具有卓越的热稳定性，这意味着其在碳化后能保留高比例的碳含量，所得纤维产品比其他任何形式的碳纤维都更坚固、更柔韧、耐热性更好。
他开发的工艺包括几个关键步骤：先将纯净的聚合PAN与其它组分混合纺丝；碳化前需在250°C下加热30-120分钟进行稳定化处理；随后在约1000°C下碳化几分钟；最后通过释放氮和氢（以氨和氢氰酸形式）使PAN纤维转化为石墨（高度结晶的碳），得到石墨化的纤维状碳产品。
进藤博士还发现，在暴露于空气的环境中而非密闭炉中进行加热，能获得更高质量的PAN碳纤维。此外，PAN基碳纤维也促成了后来其他国家的一些发明和专利，例如英国皇家航空研究院于1963年获得专利并成功授权给罗尔斯·罗伊斯等公司的改进技术。
知识产权管理：从意识到行动
在进藤博士发明之初，GIRIO尚未形成明确的专利申请策略。1958年8月，Tadashi Sengoku就任GIRIO所长后，情况发生了转变。他高度重视知识产权，GIRIO研究项目产出的专利申请数量开始增加。
GIRIO决定是否为发明申请专利的政策基于几个关键因素。首先，研究人员在确定研究项目及是否寻求知识产权保护方面拥有很大自主权。当时日本正努力从二战后的废墟中复苏，政府、国家机构和科学界决心通过技术助力经济增长和国际竞争力。像进藤博士这样的研究人员非常专注于开发能转化为实用产品、并转移给企业商业化的发明，以刺激经济、提高生活质量和扩大国际影响力。
这同样是进藤博士发现PAN可用作碳纤维前驱体时的首要考虑。他的想法与GIRIO的整体研究战略一致。对于像PAN碳纤维这样具有深远影响的发明，申请知识产权保护通常能得到管理层的批准。GIRIO和进藤博士都认识到，这项具有巨大商业前景的新工艺专利申请至关重要，便于技术许可，创造市场竞争，促进国家经济增长。
综合考虑GIRIO目标与当时知识产权管理架构，1959年9月，进藤博士主动向日本专利局提交了其PAN碳纤维工艺的国内专利申请，并进行了国际申请。专利化使技术公之于众，激发了企业兴趣，为GIRIO提供了广泛的合作选择，也促使企业思考新的研发方向和产品。同时，专利保护使GIRIO能够与选定的公司进行正式的技术转让，这不仅带来许可收入，还让进藤博士等研究人员能够与被许可方的内部研发团队紧密合作。
PAN碳纤维开发之初，GIRIO尚无正式的商业化、许可或技术转让政策，但其宗旨是通过研发促进工业技术发展。许多公司开始建立自己的实验室，并利用GIRIO提供的免费、非正式信息交流渠道获取新产品灵感。1961年，GIRIO认识到需要建立正式的技术转让机制，成立了技术咨询室（Technological Consultation Office，TCO），为希望将各种研发项目商业化的公司提供技术援助和咨询。1967年GIRIO正式并入2001年前的AIST后，采用了后者培育和促进技术转让的政策，极大地推动了更多技术的商业化。
商业化成功：从实验室到全球市场
GIRIO的目标是将研发成果转化为具有实际应用、能刺激经济的商品，因此选择通过与现有公司签订许可协议的方式进行技术转让。当时，东海电极和日本碳素公司也在开发碳纤维产品，它们对PAN碳纤维的机会感到兴奋，并向TCO接洽。GIRIO通过授予它们1959年专利的非独占许可，转让了PAN碳纤维技术。
然而，东海电极和日本碳素缺乏制造PAN原丝的关键能力。与此同时，当时日本最大的合成纤维制造商东丽公司也对PAN碳纤维技术产生兴趣。1961年，东丽开设新的碳纤维研发与生产设施，1962年开始研究各种碳纤维的新用途。东丽拥有前者所缺乏的生产能力，遂于1970年与GIRIO达成了PAN碳纤维工艺的许可协议。东丽意识到东海电极和日本碳素已取得的进展，便与它们谈判达成协议，以版税形式将他们额外研发成果出售给东丽。
东丽的商业计划是通过从GIRIO获得技术许可、进行自主改进、并与UCC交叉许可制造能力，成为全球PAN碳纤维的领导者。早期碳纤维主要因其强度、耐热和抗腐蚀性能用于军事领域，东丽着力将其转化为具有更广泛商业应用的产品。商业航空航天业很快认识到这种高强度材料的优势，PAN碳纤维成为该行业的重要材料。东丽还尝试多元化产品线，开发防弹背心、系泊绳、钓线、防护手套等。
转折点发生在1972年10月，美国职业高尔夫球手 Gay Brewer赢得当时日本最负盛名的高尔夫赛事之一——太平洋俱乐部大师赛。媒体广泛报道其球杆使用了由美国初创公司Aldila（2013年被日本三菱收购）制造的碳纤维杆身，称这给了他制胜优势。由此引发了碳纤维产品的热潮，东丽抓住机遇于1973年启动PAN碳纤维高尔夫球杆生产项目。1973至1974年间，PAN基碳纤维需求激增，东丽月产5吨的工厂满负荷运转。到1974年底，月产量已达13吨，产品线扩展至网球拍、钓竿等其他体育器材。东丽由此稳固了其作为全球高质量PAN基碳纤维领先供应商的地位。
PAN基碳纤维的技术转让将东丽和日本推向了全球碳纤维产业的前沿。东丽成为世界最大的碳纤维商业供应商之一。通过许可转让PAN基碳纤维工艺不仅使东丽受益，也惠及其他公司。随着粘胶基碳纤维的衰落和PAN基碳纤维优越性的证实，PAN基碳纤维现已成为几乎所有碳纤维应用的主要形式。东丽、三菱、帝人等日本公司供应了全球约50%的碳纤维。