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【推薦閱讀】美國最頂尖的材料學家全是中國人,為什么我國材料工業水平仍然落后?

2018-11-23

      

事實上,如今的中國,已經擁有完整的工業體系,生產著全球一半的鋼鐵、60%的水泥、25%以上的汽車……可以說是全球最大、最具活力的制造業中心。

然而中國工業大而不強,始終是令人痛心的一點。

湯森路透集團發布了全球頂尖的100位材料學家名人堂榜單。

在這份依據過去10年中所發表研究論文的引用率而確定的最優秀的100名材料學家榜單中,共有15位華人科學家入選,其中榜單前6位均為華人,美國加州大學伯克利分校教授楊培東位居第一。

按本科院校劃分,上榜的15位華人科學家中,來自中科大的有7位,來自大陸其他大學的有3位,來自臺灣地區大學的有2位,而由美國大學培養出來的有3位(分別為臺灣留學生、自臺灣移民后裔、自香港移民后裔)。

為什么這些來自中國的人才,最后都選擇了留在美國?中國的材料工業、制造水平何時才能走在世界前列?

事實上,如今的中國,已經擁有完整的工業體系,生產著全球一半的鋼鐵、60%的水泥、25%以上的汽車……可以說是全球最大、最具活力的制造業中心。

然而中國工業大而不強,始終是令人痛心的一點。

中國制造業發展中普遍存在“心臟病”

“我國液壓工業的規模在2017年已經成為世界第二,但產業大而不強,尤其是額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵,90%以上依賴進口。可以說,高壓柱塞泵是鯁在我國裝備制造業咽喉要道的一根‘刺’。”太重集團榆次液壓工業有限公司副總、高級工程師陳群立說,“高性能的柱塞泵,美德日等國外4家龍頭企業占據中國市場70%以上份額,在技術方面卻對中國嚴密封鎖。

其實,這種現象(中國廠商出產品或者商業模式,少數發達國家出工業母機和支撐技術的現象。)是中國制造業發展中普遍存在“心臟病”的一個表現。

今年的中興事件,就是一個很好的例子。不過,中興事件發生后,媒體觀察的視野從部門逐漸看到整體產業,從個別問題擴散到一般問題。對制造業發展來說,這是好事。

中國“卡脖子”的領域,一大半是材料問題 

近年來,中國在科研領域的發展很快,但中國科技被“卡脖子”的領域,一大半都是材料問題,這說明中國材料工業水平確實還很落后。

卡脖子”技術產品和目前領先甚至壟斷的國家:

1、高端顯示屏OLED生產設備真空蒸鍍機(日本)

——中國平板顯示已經做到了全球第一,差距在上游核心生產設備

2、“液晶屏骨頭”微球(日本)

——中國制造技術先進,但國產原材料不純影響微球性能

3、制造液晶顯示器用到的ITO靶材(日本、韓國)

——質量不穩定、材料不過關,從實驗室到量產才能突破大尺寸領域

4、國產大飛機用的航空鋼材(美國)

——還是材料問題,超強度鋼純凈度不夠

5、燃料電池膜電極組件關鍵材料(日本)

——中國實驗室成果達到國際水平,但量產有一致性和成本控制困難

6、新能源車的“心臟”鋰離子電池(美國、日本、韓國)

——美國強于研發設計,日本強于材料生產,中韓是第二梯隊

7、水下機器人深海油管焊接用的高端焊接電源(北歐)

——中國是全球最大焊接電源制造基地,差距在深海水下焊接設備和全數字化控制技術

8、海底觀測網系統水下連接器(美國、德國)

——事關國家安全,中國在實驗樣機階段,技術研究起步

9、全斷面隧道掘進機主軸承(德國、瑞典)

——中國已掌握直徑3米的主軸承核心技術,走出實驗室仍然是材料、工藝因素制約

10、機械設備高端軸承鋼(美國、瑞典)

——中國制軸工藝已經達到先進水平,還是材料差距

11、航空設計軟件(法國、美國)

——中國與國外同時起步,國家需要出臺政策鼓勵國產軟件的開發和使用

12、高質量消費級電容和電阻(日本)

——短板還是材料,日本的MLCC產品可以做到1000層,中國產品在300層左右

13、光刻機(荷蘭、日本)光刻機鏡頭(德國)

——ASML的鏡片是蔡司技術,德國祖傳的磨鏡手藝,拋光鏡片上百年技術積淀;除了鏡頭,光刻機還要頂級光源和極致的機械精度(3萬個機械件,200多個傳感器)

14、上游高端電子化學品例如LCD用光刻膠(日本)

——中國能生產,關鍵指標不夠先進拿不到訂單

15、冷凍電鏡用的透射式電鏡(美國、日本)

——用于基礎科研領域的實驗技術,中國起步很早,因市場太小連德國蔡司都放棄了

16、發現創新藥的潛在靶點的利器iCLIP(美國)

——同樣是科研實驗技術,2010年誕生的新技術

17、自研操作系統(美國)

——PC、智能手機的操作系統沒有國家能成功挑戰美國

18、工業機器人算法、軟件(日本、德國、瑞士)

——差距在底層核心算法

19、自動駕駛汽車必備的激光雷達(美國)激光雷達芯片例如發射器(德國)

——國產激光雷達最高40線,國外可做到64甚至128線,高分辨率芯片生產工藝不成熟

20、航空發動機適航標準(美歐)民用大涵道比發動機(美國、英國)

——要長期的工業實踐和驗證技術來支持

21、航空發動機的短艙(美國、法國)

——安放發動機的艙室、復雜的集成系統,中國處于空白階段

22、為高鐵鋼軌養護整形的仿形銑刀刀盤和刀片(德國、奧地利)

——需要一種超硬合金材料,中國尚在學徒階段

23、高端機床制造核心技術例如數控系統(德國、日本)

——基礎材料科學、工藝、設計上的差距;除了控制器,國產機床的絲杠、導軌、伺服電機、力矩電機、電主軸、編碼器等主要功能部件主要依賴于國外產品

24、柴油發動機“心臟”電控柴油高壓共軌系統(德國、美國和日本)

——中國可以做,就是差些

25、高端液壓裝備的核心元件高壓柱塞泵(美國、德國、日本)

——性能指標上的差距在于材料制造

26、重型燃氣輪機的核心技術(美國、日本、德國、意大利)

——材料差距例如葉片材料,原因是設備、工匠、工藝的差距;基礎研究的積累差距:設計技術、核心的熱端部件制造技術

27、高端的手機射頻器件,高端濾波器、振蕩器等射頻元件(美國)

——半導體材料差距大,中國研究做得早,量產化還是問題多:材料的一致性、電性能均勻性

28、工業仿生機器人觸覺傳感器(日本)

——生產工藝,材料純度不過關,產品的一致性比較差;國內企業大多做氣體、溫度等類型傳感器

29、高速的(≥25Gbps)光芯片和電芯片(美國)

——中興通訊被制裁的用于光通訊領域的光模塊,低速的(≤10Gbps)光芯片和電芯片實現了國產

30、高端CT機探測器(美國、荷蘭、德國)

——探測器制造工藝、材質都是機密,醫學成像產業已經被美國專利壁壘限制

“重科研”“輕應用”:中國材料強與弱的矛盾

在中國材料產業中,有一強一弱兩個比較矛盾的現象不得不提。

一方面我國科研人員近十年來在AM、AFM、AEM、EES、Nano Lett、Acs Nano、Nano Energy、Angew Chem、JACS等世界知名材料領域學術期刊上發表的文章數不勝數。無論是數量還是質量恐怕都令任何一個國家感到汗顏,其中包括美國、日本和德國。

(早在2006年我國研究者發表的材料科學論文就早已高于美國)

可另一方面,我國的材料制造業的地位絕沒有達到傲視群雄的地步。與美國材料制造相比,我們處于總體上的弱勢地位。在傳統金屬材料上,我們與德國和日本這兩個傳統材料強國間也還有一定差距。

同時還有另一個比較滑稽的現象。其實,我國材料工業目前的水平還比較差,正是需要有志青年大展身手的時候,但在“知乎”等青年學子扎堆的網絡論壇上,勸退“偽化生”的言論層出不窮,材料學科就是被勸退的重災區之一。

這些乍一看矛盾的現象背后,其實有一個非常合理的解釋。就是我國繁榮的材料研究背后并沒有支撐起相應體量的工業應用。在這樣的情況下,大學發表的材料論文和培養的人才越多,就業的形勢就越嚴峻,學生就業的待遇也就越差。

造成這一現象的直接原因是“重科研”“輕應用”的學科發展思路。

在多發論文,發好論文的指揮棒下,我國科研人員更熱衷于研究新奇材料,摘取這些“低垂的果實”,而這些成果可能幾十年內都難以進行工業應用。

而在國際學術期刊主編的口味影響下,中國材料科研人員熱衷于研究國外的學術熱點。這樣的研究,縱然能做出一些成果,還是不免為他人做了嫁衣裳。

想解決材料行業領域的這些問題,必須要有高瞻遠矚的頂層設計和合理科學的產業布局。這樣的布局必須是在中國現階段國情下各行業聯合的集約化布局,而且還應該有一定的彈性,可以隨時針對變化的情況進行把資源向急需研發也能研發成功的領域集中。

在材料行業外,我國目前也還有許多工業部門,甚至是關鍵工業的材料問題沒有完全解決。同時,作為世界市場競爭中相對弱勢的一方,我們也沒有資金和人才方面的突出優勢,未來,我們只有不斷改變優化思路才能實現彎道超車。

來源:世界科技創新論壇

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