美國最頂尖的材料學家全是中國人，為什么我國材料工業(yè)水平仍然落后？

    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年已經成為世界第二，但產業(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?？梢哉f，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(yè)模式，少數發(fā)達國家出工業(yè)母機和支撐技術的現象。）是中國制造業(yè)發(fā)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(fā)生后，媒體觀察的視野從部門逐漸看到整體產業(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”的領域，一大半是材料問題

    近年來，中國在科研領域的發(fā)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(yè)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(wěn)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(fā)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(tǒng)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(fā)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?zhèn)鞯哪ョR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(fā)現創(chuàng)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(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(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例如數控系統(tǒng)（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(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（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(yè)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(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(yī)學成像產業(yè)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(yè)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(fā)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(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(qū)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(yè)應用。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。造成這一現象的直接原因是“重科研”“輕應用”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都難以進行工業(yè)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(yè)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(yè)布局。這樣的布局必須是在中國現階段國情下各行業(yè)聯(lián)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(fā)也能研發(fā)成功的領域集中。

    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)化思路才能實現彎道超車。