新材料是人類賴以生存的物質基礎,每種新材料的出現及應用都将伴随着現代科學技術的巨大飛躍。美國将新材料稱之為“科技發展的骨肉”。新材料技術被稱為“發明之母”和“産業糧食”。
新材料産業的創新主體是美國、日本和歐洲等發達國家和地區,但是也有不少國家另辟蹊徑潛心鑽研,在個别領域占有一席之地。接下來就來盤點一下6大新材料強國的優勢之處。
01俄羅斯先來說下俄羅斯,畢竟它最近跟烏克蘭的戰事勢必會影響某些新材料的供應。
俄羅斯的礦産資源十分豐富,煤、石油、天然氣、泥炭、鐵、錳、銅、鉛、鋅、鎳、钴、釩、钛、鉻的儲量均居世界前列,這就使得它在新材料方面具有得天獨厚的優勢。
俄羅斯在航天航空、能源材料、化工新材料等領域處于全球領先地位。上個月,俄羅斯取消與英國通信網絡衛星公司OneWeb的火箭發射合作,直接導緻後者至少損失2.9億美元。
▲ 俄羅斯國家航天集團标志
俄羅斯新材料的主要研發方向是結構材料和功能材料,具體為金屬材料、陶瓷材料、複合材料、高分子材料、高純度材料以及生物、超導和納米材料等。
需要注意的是,俄羅斯信息、通訊、計算機産業的相對滞後,也成為俄政府和科技界注意的焦點。
02美國美國是全球新材料領域的重要領導者。美國的新材料發展特色是以國防部和航空航天局的大型研究與發展計劃為龍頭,主要以國防采購合同形式來推動和确保大學、科研機構和企業的新材料研究與發展工作。
▲ 美國航空航天局
美國重點把生物材料、信息材料、納米材料、極端環境材料及材料計算科學列為主要前沿研究領域。
美國的高科技及新材料在全球如此之強,在很大程度上得益于美國對于新材料的高度重視,特别是美國新材料“産學研政”各界的有效結合。
美國擁有全球衆多頂尖的新材料巨頭:埃克森美孚、陶氏化學、杜邦、3M、美鋁、美國鋼鐵、PPG 工業、空氣化工産品、伊士曼、康甯。
在新材料研究領域一共有210所科研機構,如橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、埃姆斯實驗室等,以及世界頂尖的新材料高等學府。
▲ 美國橡樹嶺國家實驗室
03日本日本是全球公認的新材料生産技術最先進的國家。擁有世界領先的新材料巨頭:京瓷株式會社、三井化學株式會社等;還擁有了享譽世界的頂尖大學:東京大學、名古屋大學 。
在高精尖的三種材料技術領域:
首先是制造洲際彈道導彈噴管和殼體以及飛機骨架——高強度碳纖維材料。在全球碳纖維生産制造廠家中,日本擁有著名的東麗、東邦和三菱三家頂尖公司,都代表了世界最頂級技術水平。
▲ 日本東麗碳纖維
其次是全球最高性能主動相控陣軍用雷達的——寬禁帶半導體收發組件材料;
再次是制造新式渦輪發動機渦輪葉片的——高性能單晶葉片。日本已成為全球唯一一個能制造第五代單晶材料的國家,在全球市場上具有絕對的話語權。
可以說,日本在這三種頂級科技領域遙遙領先,全球其他國家隻能望其項背。
04德國德國新材料産業重要基礎來自四大領域:化工制藥業、機械設備制造、汽車和汽車配件工業、電子電氣工業。
德國擁有享譽世界的新材料企業:
1、巴斯夫:成立于1865年,是世界上工廠面積最大的化學産品基地,是世界領先的苯乙烯聚合物和工程塑料的制造商。
▲巴斯夫與保時捷合作開發下一代锂電池技術
2、赢創(AG)是一家全球領先的特種化工企業。
3、朗盛:一家全球領先的德國特殊化學品集團,總部及主要業務運營位于科隆。
4、漢高:業務重點在于應用化學。擁有140多年的曆史,是世界性的集團公司。
5、西格裡:全球領先的碳素石墨材料以及相關産品的制造商之一,擁有從碳石墨産品到碳纖維及複合材料在内的完整業務鍊。
6、EOS 3D打印公司:成立于1989年,是世界著名的快速成型設備制造商和e-制造方案提供商。
05中國由于起步晚,嚴格意義上來說,中國還隻能算是新材料産業規模大國。中國新材料産業尤其在金屬材料、紡織材料、化工材料等傳統領域基礎較好,稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機矽、超硬材料、特種不鏽鋼、玻璃纖維及其複合材料等産能居世界前列。
比如,中國的石墨烯技術是世界領先水平。2017世界石墨烯創新大會是在中國常州開幕。
▲ 2017世界石墨烯創新大會
中國的人工晶體材料經過多年的發展,偏硼酸鋇和三硼酸锂等紫外非線性光學晶體研究居國際領先水平并實現了商品化;激光晶體、太陽能電池關鍵技術指标達到國際先進水平,光伏發電成本降到1元/kWh)以下。
▲ 人工晶體
中國擁有全球最完備的液體金屬全産業鍊,尤其在塊狀成型工藝技術裡,已掌握液态金屬核心技術。在材料配方、設備制造和成型工藝的三大核心技術,都擁有自主的知識産權,也是全球唯一的一家能對外公布具備大形塊狀非晶金屬成型能力的國家。因此,中國的塊體非晶産業發展技術已走在世界前列。
06韓國韓國是新材料世界級強國之一,在2001年成為世界上第5個材料出口國。當年材料行業占韓國出口總額的45%以上,到了2015年達到68%。
韓國新材料領先企業有三星、LG化學、SK化學等,國家将材料科技作為确保2025年國家核心競争力的6項核心技術之一。
▲ LG化學
韓國一直處于新材料研發的核心陣營,比如韓國是擁有國内和國際石墨烯專利最多的國家。2020年,三星先進技術研究院曾經報道了一種量子産率為100%的無镉藍光ZnTeSe / ZnSe / ZnS量子點的合成。所得的器件顯示出高達20.2%的EQE,亮度為88,900 cd m-2,在100 cd m-2時T50 = 15,850 h,這是迄今為止全球藍光QD-LED報道的最高值!
韓國的未來增長動力計劃,集中支持新一代半導體、納米彈性元件、生态材料、生物材料、高性能結構材料等。
縱觀全球,21世紀以來,無論是發達國家還是發展中國家,越來越多的國家紛紛将新材料産業的發展作為國家重大戰略決策,近年來全球新材料産業發展迅速,目前供給競争已經形成了三級梯隊。
第一梯隊是美國、日本、歐洲等發達國家和地區,在經濟實力、核心技術、研發能力、市場占有率等方面占據絕對優勢。第二梯隊是韓國、俄羅斯、中國等國家,新材料産業正處在快速發展時期。第三梯隊是巴西、印度等國家,目前處于奮力追趕的狀态。
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