我国材料学科,科研硕果累累, 产业化仍需努力

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10-06 20:21 首页 材料十

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【材料+】说:

人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开发出新材料。实际上,围绕先进材料发展新产业来维持经济增长是中国的一项宏伟计划。

新材料按组分为金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料

结构材料主要是利用材料的力学和理化性能,以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应, 以实现某种功能,如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。

我国科技论文发表数量突飞猛进

根据Web of Science的数据,中国科技领域高质量国际论文数量和份额在过去几年间取得突破性地增长,接连超过日本和英国,仅次于美国居世界第二位。

(表格、数据来源于Nature Index,下同)


在统计的十四个学科中,其中国内材料学科的高质量论文数量相比其他学科也是遥遥领先。

在2006年到2015年这十年间间,中国作者发表的材料科学论文增长了将近两倍。过去两年中,中国研究者发表的论文中有十分之一都是材料科学领域的。


材料学科综合指标世界第一

很多人并没有意识到,十多年来,中国一直是在材料科学领域发表论文最多的国家,自2010年以来,这些论文的数量增速进一步扩大。


近5年来,中国的新材料行业发展非常快,最明显的标志体现在论文与专利方面。目前,中国与材料相关的基础研究论文已经赶超了美国,在nature、science等杂志上都发表过数量可观的论文,同时发明专利排名全球第一,中国新材料行业基础研究硕果累累,成绩名列全球前茅。

引用数是衡量科研论文影响力的重要指标。引用影响方面,虽然材料学科发表论文影响力过去几年逐步提升,但与论文数量所拥有的绝对优势相比,还不完全匹配。


产业化仍需努力

“我国在新材料基础研究方面名列前茅,不过在科技成果产业化方面还有些欠缺,与美国相比还存在一定的差距。”浙江大学材料科学与工程学院院长韩高荣表示,目前中国缺乏有担当的大企业从事前瞻性新材料产业化研究。

以石墨烯为例,当前中国石墨烯专利申请量逾16000件,占全球总数的68.2%,排在第二、三名的美国、韩国,则分别占11.6%和10.6%。尽管中国石墨烯专利申请量高居世界第一,但目前产业发展阶段依然处于“概念导入期、产业化突破前期”。


我国政府对科研成果转化一直都持支持态度,并且先后出台过相关政策,拨发专项资金进行扶持。但不可否认,国内很多科研成果依然很难真正实现产业化。


究其原因,除了高校科研人员注重技术,在商业化方面欠缺经验之外,没有相关资源、无法获得投资、找不到合适的合伙人等等,也是摆在新材料科研项目产业化面前的客观难题。


另外,从成果转化的桥梁中介服务机构来看,存在桥梁不宽的问题科技成果的转化是一项系统工程,十分需要技术市场中介服务机构全过程的服务,助力打通科技成果转化不顺畅流通的环节。


北京大学物理学家彭练矛认为,政府有资金也有决心支持整条新材料研发链——从实验室到产品上市。但他认为,在政策惯性和一些权威科学家的影响下,资金更偏向于基础科学。


此外,应用研究是创新性的,需要长期的投入和努力,但应用研究者目前并没有获得应得的研究经费,经费数量离美国、欧洲等发达国家差距明显。如果项目拥有强大的政府扶持和资助,大公司或国有企业就更有可能投资技术,推动技术商业化。


浅谈材料应用的五个热点方向

       如果想要知道新材料领域哪些技术方向可能拥有充足前景,就需要知道未来终端市场趋势是什么。新材料技术不会孤立地存在与发展,而是需要支撑终端产品。


       所以能迎合现实基础与社会趋势的技术和产品会迅速得到市场认可。如果所在领域市场需求不强,技术本身不够成熟或不够贴近产品端,就不会实现成熟的商业化。

 

       我们从中选取出五个热门应用方向,并简要谈谈自己对该方向的观点。

 

       1.  能源领域毋庸置疑,该领域必将继续升温。能源相关期刊影响因子持续走高,连Nature今年也坐不住了,准备推出Nature Energy。各国和普通消费者也十分关注能源领域的最新进展。期望能够减少对化石燃料的依赖和其带来的环境问题。太阳能电池、钠离子电池、燃料电池、钙钛矿太阳能电池材料都将频繁出现在各类顶级期刊上。

       2.  半导体及电子器件电子产品日益影响我们的生活,消费者对电子产品的关注也必将引起半导体领域和相关电子器件的进一步发展。摩尔定律仍然很有意义,如何在更小的芯片上拥有更强大的计算性能,将永远是热点问题。目前来看仍将是硅基材料其主导作用,但如果发生工艺、材料技术上的革新,在这一技术、资金密集型的行业,将立即迎来商业化。


       3.  环境问题包括水处理,污染物吸附等在内的环境相关材料已成为热点,RSC旗下也刚推出了好几个与环境相关的期刊。而且过滤材料、生物吸附材料应用需求越来越强烈,近两年应该会源源不断地出现较为成熟的产品应用。


       4.  在材料加工领域,3D打印等增材制造技术仍是十年内发展和研究的重点。比如研究火热的用于航空航天钛合金等金属3D打印、研究民用的高分子材料3D打印、生物材料3D打印、3D打印建筑等等。


       5.  柔性可穿戴材料及器件已经开始成为一种风气。随着物联网近年的迅速发展,可穿戴设备的兴起,柔性器件渐渐成为了热点。这一方向具有很高的研究价值,但短期内实际应用价值并不大,研发过程中也遇到了一些问题,保守估计五年内不会有成熟产品进入大众视野。


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来源:中国钢铁战略研究。


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