美國最頂尖的材料學(xué)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(tuán)發(fā)布了全球頂尖的100位材料學(xué)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(xué)家榜單中，共有15位華人科學(xué)家入選，其中榜單前6位均為華人，美國加州大學(xué)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(xué)家中，來自中科大的有7位，來自大陸其他大學(xué)的有3位，來自臺(tái)灣地區(qū)大學(xué)的有2位，而由美國大學(xué)培養(yǎng)出來的有3位(分別為臺(tái)灣留學(xué)生、自臺(tái)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(shí)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(qiáng)，尤其是額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵，90%以上依賴進(jìn)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(tuán)榆次液壓工業(yè)有限公司副總、高級(jí)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(duì)中國嚴(yán)密封鎖。”

    其實(shí)，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(dá)國家出工業(yè)母機(jī)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(gè)表現(xiàn)。

    今年的中興事件，就是一個(gè)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(gè)別問題擴(kuò)散到一般問題。對(duì)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(shí)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(jī)（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(jìn)，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(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)才能突破大尺寸領(lǐng)域

4、國產(chǎn)大飛機(jī)用的航空鋼材（美國）

——還是材料問題，超強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室成果達(dá)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(qiáng)于研發(fā)設(shè)計(jì)，日本強(qiáng)于材料生產(chǎn)，中韓是第二梯隊(duì)

7、水下機(jī)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)階段，技術(shù)研究起步

9、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)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(shí)驗(yàn)室仍然是材料、工藝因素制約

10、機(jī)械設(shè)備高端軸承鋼（美國、瑞典）

——中國制軸工藝已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水平，還是材料差距

11、航空設(shè)計(jì)軟件（法國、美國）

——中國與國外同時(shí)起步，國家需要出臺(tái)政策鼓勵(lì)國產(chǎn)軟件的開發(fā)和使用

12、高質(zhì)量消費(fèi)級(jí)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(jī)（荷蘭、日本）光刻機(jī)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(jī)還要頂級(jí)光源和極致的機(jī)械精度（3萬個(gè)機(jī)械件，200多個(gè)傳感器）

14、上游高端電子化學(xué)品例如LCD用光刻膠（日本）

——中國能生產(chǎn)，關(guān)鍵指標(biāo)不夠先進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的利器iCLIP（美國）

——同樣是科研實(shí)驗(yàn)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(jī)的操作系統(tǒng)沒有國家能成功挑戰(zhàn)美國

18、工業(yè)機(jī)器人算法、軟件（日本、德國、瑞士）

——差距在底層核心算法

19、自動(dòng)駕駛汽車必備的激光雷達(dá)（美國）激光雷達(dá)芯片例如發(fā)射器（德國）

——國產(chǎn)激光雷達(dá)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(dòng)機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（美歐）民用大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)（美國、英國）

——要長期的工業(yè)實(shí)踐和驗(yàn)證技術(shù)來支持

21、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的短艙（美國、法國）

——安放發(fā)動(dòng)機(jī)的艙室、復(fù)雜的集成系統(tǒng)，中國處于空白階段

22、為高鐵鋼軌養(yǎng)護(hù)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(xué)徒階段

23、高端機(jī)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(xué)、工藝、設(shè)計(jì)上的差距；除了控制器，國產(chǎn)機(jī)床的絲杠、導(dǎo)軌、伺服電機(jī)、力矩電機(jī)、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(dòng)機(jī)“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(biāo)上的差距在于材料制造

26、重型燃?xì)廨啓C(jī)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(jì)技術(shù)、核心的熱端部件制造技術(shù)

27、高端的手機(jī)射頻器件，高端濾波器、振蕩器等射頻元件（美國）

——半導(dǎo)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(jī)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(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)

30、高端CT機(jī)探測器（美國、荷蘭、德國）

——探測器制造工藝、材質(zhì)都是機(jī)密，醫(yī)學(xué)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(qiáng)與弱的矛盾

    在中國材料產(chǎn)業(yè)中，有一強(qiáng)一弱兩個(gè)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(gè)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(xué)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(dá)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(gè)傳統(tǒng)材料強(qiáng)國間也還有一定差距。

    同時(shí)還有另一個(gè)比較滑稽的現(xiàn)象。其實(shí)，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(shí)候，但在“知乎”等青年學(xué)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(xué)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(shí)有一個(gè)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(xué)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(yán)峻，學(xué)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(xué)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(shí)”，而這些成果可能幾十年內(nèi)都難以進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。而在國際學(xué)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(xué)術(shù)熱點(diǎn)。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(yuǎn)矚的頂層設(shè)計(jì)和合理科學(xué)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(shí)針對(duì)變化的情況進(jìn)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(shí)，作為世界市場競爭中相對(duì)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(shí)現(xiàn)彎道超車。