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湯森路透集團發(fā)布了全球頂尖的100位材料學家名人堂榜單。在這份依據(jù)過去10年中所發(fā)表研究論文的引用率而確定的最優(yōu)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(qū)大學的有2位,而由美國大學培養(yǎng)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(yè)、制造水平何時才能走在世界前列?
中國制造業(yè)發(fā)展中普遍存在“心臟病”
“我國液壓工業(yè)的規(guī)模在2017年已經(jīng)成為世界第二,但產(chǎn)業(yè)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(yè)咽喉要道的一根‘刺’。”太重集團榆次液壓工業(yè)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(yè)占據(jù)中國市場70%以上份額,在技術(shù)方面卻對中國嚴密封鎖。”
其實,這種現(xiàn)象(中國廠商出產(chǎn)品或者商業(yè)模式,少數(shù)發(fā)達國家出工業(yè)母機和支撐技術(shù)的現(xiàn)象。)是中國制造業(yè)發(fā)展中普遍存在“心臟病”的一個表現(xiàn)。
今年的中興事件,就是一個很好的例子。不過,中興事件發(fā)生后,媒體觀察的視野從部門逐漸看到整體產(chǎn)業(yè),從個別問題擴散到一般問題。對制造業(yè)發(fā)展來說,這是好事。
中國“卡脖子”的領(lǐng)域,一大半是材料問題
近年來,中國在科研領(lǐng)域的發(fā)展很快,但中國科技被“卡脖子”的領(lǐng)域,一大半都是材料問題,這說明中國材料工業(yè)水平確實還很落后。
· “卡脖子”技術(shù)產(chǎn)品和目前領(lǐng)先甚至壟斷的國家:
1、高端顯示屏OLED生產(chǎn)設(shè)備真空蒸鍍機(日本)
——中國平板顯示已經(jīng)做到了全球第一,差距在上游核心生產(chǎn)設(shè)備
2、“液晶屏骨頭”微球(日本)
——中國制造技術(shù)先進,但國產(chǎn)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(zhì)量不穩(wěn)定、材料不過關(guān),從實驗室到量產(chǎn)才能突破大尺寸領(lǐng)域
4、國產(chǎn)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(guān)鍵材料(日本)
——中國實驗室成果達到國際水平,但量產(chǎn)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(fā)設(shè)計,日本強于材料生產(chǎn),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(shè)備和全數(shù)字化控制技術(shù)
8、海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)水下連接器(美國、德國)
——事關(guān)國家安全,中國在實驗樣機階段,技術(shù)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(shù),走出實驗室仍然是材料、工藝因素制約
10、機械設(shè)備高端軸承鋼(美國、瑞典)
——中國制軸工藝已經(jīng)達到先進水平,還是材料差距
11、航空設(shè)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(chǎn)軟件的開發(fā)和使用
12、高質(zhì)量消費級電容和電阻(日本)
——短板還是材料,日本的MLCC產(chǎn)品可以做到1000層,中國產(chǎn)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(shù),德國祖?zhèn)鞯哪ョR手藝,拋光鏡片上百年技術(shù)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(chǎn),關(guān)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(chǔ)科研領(lǐng)域的實驗技術(shù),中國起步很早,因市場太小連德國蔡司都放棄了
16、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥的潛在靶點的利器iCLIP(美國)
——同樣是科研實驗技術(shù),2010年誕生的新技術(shù)
17、自研操作系統(tǒng)(美國)
——PC、智能手機的操作系統(tǒng)沒有國家能成功挑戰(zhàn)美國
18、工業(yè)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(fā)射器(德國)
——國產(chǎn)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(chǎn)工藝不成熟
20、航空發(fā)動機適航標準(美歐)民用大涵道比發(fā)動機(美國、英國)
——要長期的工業(yè)實踐和驗證技術(shù)來支持
21、航空發(fā)動機的短艙(美國、法國)
——安放發(fā)動機的艙室、復雜的集成系統(tǒng),中國處于空白階段
22、為高鐵鋼軌養(yǎng)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(shù)例如數(shù)控系統(tǒng)(德國、日本)
——基礎(chǔ)材料科學、工藝、設(shè)計上的差距;除了控制器,國產(chǎn)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(chǎn)品
24、柴油發(fā)動機“心臟”電控柴油高壓共軌系統(tǒng)(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(shù)(美國、日本、德國、意大利)
——材料差距例如葉片材料,原因是設(shè)備、工匠、工藝的差距;基礎(chǔ)研究的積累差距:設(shè)計技術(shù)、核心的熱端部件制造技術(shù)
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(chǎn)化還是問題多:材料的一致性、電性能均勻性
28、工業(yè)仿生機器人觸覺傳感器(日本)
——生產(chǎn)工藝,材料純度不過關(guān),產(chǎn)品的一致性比較差;國內(nèi)企業(yè)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(lǐng)域的光模塊,低速的(≤10Gbps)光芯片和電芯片實現(xiàn)了國產(chǎn)
30、高端CT機探測器(美國、荷蘭、德國)
——探測器制造工藝、材質(zhì)都是機密,醫(yī)學成像產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被美國專利壁壘限制
“重科研”“輕應(yīng)用”:中國材料強與弱的矛盾
在中國材料產(chǎn)業(yè)中,有一強一弱兩個比較矛盾的現(xiàn)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(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊上發(fā)表的文章數(shù)不勝數(shù)。無論是數(shù)量還是質(zhì)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(fā)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(yè)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(tǒng)金屬材料上,我們與德國和日本這兩個傳統(tǒng)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(xiàn)象。其實,我國材料工業(yè)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(wǎng)絡(luò)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(zāi)區(qū)之一。
這些乍一看矛盾的現(xiàn)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(yīng)體量的工業(yè)應(yīng)用。在這樣的情況下,大學發(fā)表的材料論文和培養(yǎng)的人才越多,就業(yè)的形勢就越嚴峻,學生就業(yè)的待遇也就越差。造成這一現(xiàn)象的直接原因是“重科研”“輕應(yīng)用”的學科發(fā)展思路。
在多發(fā)論文,發(fā)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(nèi)都難以進行工業(yè)應(yīng)用。而在國際學術(shù)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(shù)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(yè)領(lǐng)域的這些問題,必須要有高瞻遠矚的頂層設(shè)計和合理科學的產(chǎn)業(yè)布局。這樣的布局必須是在中國現(xiàn)階段國情下各行業(yè)聯(lián)合的集約化布局,而且還應(yīng)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(fā)也能研發(fā)成功的領(lǐng)域集中。
在材料行業(yè)外,我國目前也還有許多工業(yè)部門,甚至是關(guān)鍵工業(yè)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(yōu)勢,未來,我們只有不斷改變優(yōu)化思路才能實現(xiàn)彎道超車。
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