「产业分析」全球七大顶尖新材料强国竞争格局

   2023-05-09 360
核心提示:美国铝业、杜邦、拜耳、通用塑料、陶氏化学、日本帝人、日本东丽、韩国LG等世界新材料主要生产企业加速垄断全球新材料产业,在高技术、高附加值的新材料产品市场保持主导地位。美国拥有大量世界顶尖的科研机构和领先的实验室:如新材料研究领域的科研机构有。

新材料是人类赖以生存的物质基础,每一种新材料的出现和应用都会伴随着现代科技的巨大飞跃。从现代科技史中不难看出,每一次重大的科技突破都在很大程度上依赖于相应新材料的发展。因此,新材料是现代科技发展的基础,美国称新材料为“科技发展的血肉”。新材料技术被称为“发明之母”和“工业粮食”。

新材料产业的创新主体是美国、日本、欧洲等发达国家和地区,这些国家和地区拥有大多数大型跨国公司,在经济实力、核心技术、研发能力、市场份额等方面占据绝对优势,在全球市场占据垄断地位。其中,领先的国家是美国,日本在纳米材料和电子信息材料领域具有优势,欧洲在结构材料、光学和光电材料领域优势明显。中国、韩国、俄罗斯紧随其后,现在属于世界第二梯队。除巴西、印度等少数国家外,大多数发展中国家的新材料产业相对落后。

从新材料市场来看,北美和欧洲拥有目前全球最大的新材料市场,市场相对成熟,而在亚太地区,尤其是中国,新材料市场正处于快速发展阶段。从宏观角度来看,全球新材料市场的重心正逐渐向亚洲转移。

美国铝业、杜邦、拜耳、通用塑料、陶氏化学、日本帝人、日本东丽、韩国LG等世界新材料主要生产企业加速垄断全球新材料产业,在高技术、高附加值的新材料产品市场保持主导地位。

值得一提的是,发达国家在国际新材料产业中仍占据领先地位。世界领先企业主要集中在美国、欧洲和日本。其中,日美德6家企业占全球碳纤维产量的70%以上,日美5家企业占全球12英寸晶圆产量的90%以上,日本3家企业占全球液晶背光材料产量的90%以上。

值得一提的是,世界著名企业集团凭借技术研发、资金和人才优势,尤其是在高附加值新材料产品方面的优势,不断向新材料领域拓展。比如大名鼎鼎的Unimin几乎垄断了国际市场4N8及以上的高端石英砂产品;如信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等全球新材料巨头,占据了国际硅材料80%以上的市场份额。日立电气、住友电气、三菱化学和德国FCM占据了GaAs半绝缘市场90%以上的份额。

如杜邦、大金、赫斯特、3M、Ausimont、ATO、ICI拥有全球有机氟材料90%的产能。科锐的碳化硅衬底制备技术在全球市场非常有竞争力。飞利浦控股的Lumileds在功率白光led领域全球领先,美国、日本、德国的企业拥有70%的LED外延生长和制备核心专利。

在小丝束碳纤维的制造领域,基本被美国的东丽纤维公司、东邦公司、三菱公司、赫塞尔公司垄断,而大丝束碳纤维的市场几乎被德国的福塔菲尔公司、佐尔泰克公司、阿尔迪拉公司、SGL公司占领。美国铝业、加拿大铝业、加拿大铝业等世界先进企业在高强度高韧性铝合金材料的研究和生产方面占据领先地位。美国蒂梅特公司、RMI公司和阿勒根特勒代恩公司的总产量占美国钛加工总量的90%,它们是钛材料的主要供应商。世界七大新材料国家和强国的详细情况如下:

一.中国

中国是世界领先的新材料产业规模国家。众所周知,新材料产业被认为是21世纪最具发展潜力的高技术产业,对未来的发展具有重大影响。而且新材料是国际竞争的重点领域之一,是决定一个国家高端制造业的关键因素。全世界,尤其是发达国家,都在积极开发新材料。值得一提的是,新材料产业是我国七大战略性新兴产业之一,是整个制造业转型升级的产业基础。中国新材料产业规模约为2万亿元。

我国新材料产业基础较好,特别是在金属材料、纺织材料、化工材料等传统领域。稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。经过几十年的奋斗,我国新材料产业从无到有,在体系建设、产业规模、技术进步等方面取得了显著成就,为国民经济做出了巨大贡献,奠定了良好的发展基础。我国对新材料的需求将呈现持续增长的趋势,到2025年产值将超过10万亿元,发展前景非常广阔!值得一提的是,早在2011年,中国新材料产业总产值仅为0.8万亿元。到2019年, 中国新材料产业总产值增至4.5万亿元,同比增长15.4%,预计到2021年将超过7万亿元。

我国在一些先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等方面实现了与国际先进水平的“并驾齐驱”甚至“领先”。比如,在关键战略物资方面,SMIC七大耗材中有六类物资是国内采购的;南山集团铝合金厚板通过波音认证,签订供货合同;比如CSIC的兆瓦级稀土永磁电机,体积比传统电机小50%,重量轻40%;液态金属在3D打印、柔性智能机器、血管机器人等领域实现了初步应用。

中国的石墨烯技术是世界领先水平。石墨烯技术是世界各国争相发展的前沿技术领域,因其无可比拟的特性,对未来新材料的发展起着至关重要的作用。2017世界石墨烯创新大会在中国常州召开,这意味着中国石墨烯技术开始引领世界。值得一提的是,石墨烯最早是由英国科学家发现的。石墨烯是世界上最薄最硬的材料,被誉为“黑金”、“新材料之王”。据悉,石墨烯的厚度可以达到头发的1/20万,强度是钢的200倍。科学家预测石墨烯将是21世纪最重要的新材料, 其市场应用前景不可估量。石墨烯技术已被世界上许多国家列为优先发展的材料技术。虽然中国接触石墨烯技术才几年,但是发展势头非常强劲,中国有着巨大的潜在市场。

我国人工晶体材料经过多年发展,偏硼酸钡、三硼酸锂等紫外非线性光学晶体的研究已达到国际领先水平,并已商品化。激光晶体和太阳能电池关键技术指标达到国际先进水平,光伏发电成本降至1元/千瓦时以下。

我国锂离子电池正负极材料和电解液满足小型电池要求,隔膜、电解液锂盐等关键材料替代进口;超高分子量聚乙烯纤维大大缩小了与发达国家的差距。T300碳纤维实现稳定生产,单线产能提升至1200t;T700和T800级碳纤维已具备批量供应能力,并已得到应用。我国开发了具有自主知识产权的铜带、铜管铸造技术和铜铝复合技术;中国的海底管线钢X65、X70、X80、厚壁海上油气焊管和化工船板均已国产化, 特别是低成本的石墨烯已经被生产出来,并应用于触摸屏、导热薄膜等信息通讯器件。中国在关键技术领域的突破和新材料品种的不断增加,显著增强了中国高端金属结构材料、新型无机非金属材料和高性能复合材料的支撑能力,逐步提高了先进高分子材料和特种金属功能材料的自给水平。

中国拥有世界上最完整的液态金属全产业链,从原材料到制造,从专利到技术,已经能够大规模生产Zr基非晶合金,尤其是在块体成形技术方面,掌握了液态金属的核心技术。值得一提的是,中国在材料配方、设备制造、成型技术三大核心技术上拥有自主知识产权,也是世界上唯一可以宣布拥有大块非晶金属成型能力的国家。因此,中国大块非晶产业的发展技术已经走在世界前列。

如中科院金属所联合研发的可降解纯镁骨钉,获得国家医用产品管理局临床批文,成为国内首个可降解镁基金属医疗器械产品,也是全球首个纯镁ⅲ类植入物。

第二,日本

日本是世界公认的新材料生产技术最先进的国家。新材料产业被国际社会认为是21世纪最具发展潜力、对未来发展影响最大的产业。作为新材料生产技术最先进的国家,日本政府非常重视新材料技术的发展,特别是把发展新材料列为国家高技术的第二大目标。因此,日本材料企业在全球新材料行业形成了领先地位。

早在2016年,日本内阁会议就通过了《第五次科学技术基本计划(2016-2020)》,日本政府计划在未来5年内确保R&D投资规模占国内生产总值的4%以上。

值得一提的是,日本的机械制造业长期保持世界先进水平与其发达的材料工业是分不开的。例如,在日本新材料的全球份额中,日本新材料产业凭借其先进的R&D优势、先进的R&D成果和实践发展,在环境和新能源材料的世界市场中占据绝对领先地位。

日本拥有世界领先的新材料巨头,如京瓷株式会社、三井化学公司等。日本也有世界知名的顶尖大学,比如著名的东京大学。东京大学培养了十六位首相,二十一位(日本)国会议长,十三位世界500强企业首席执行官。11个诺贝尔奖获得者,6个沃尔夫奖获得者,1个菲尔兹奖,3个罗布·科霍奖,4个盖尔德纳国际奖和4个普利兹克建筑奖。比如名古屋大学。是日本顶尖、世界一流的研究型国立综合大学,也是日本中部的最高学府。名古屋大学培养了六位诺贝尔奖获得者和一位菲尔兹奖获得者。

日本的材料科学已经成为世界顶尖技术。特别是材料科学的水平和实力,很大程度上决定了一个国家的最高科技水平。

在新材料领域,日本甚至已经遥遥领先于最发达的国家美国,甚至包括俄罗斯和欧洲发达国家日本。比如在三大材料的高科技领域:一是高强度碳纤维材料;第二,宽带隙收发组件材料;第三,高性能单晶叶片用于制造新型涡轮发动机的涡轮叶片。可以说,日本在这三大顶级科技领域遥遥领先,世界其他国家也只能与之匹敌。

众所周知,最先进的涡轮发动机叶片的第五代单晶材料,由于涡轮叶片的工作环境非常恶劣,在极端高温高压下仍能保持数万转的极高转速,高温高压下抗蠕变的条件和要求相当苛刻。值得一提的是,世界上有五代单晶材料。越到最后一代,越看不到老牌发达国家的影子。第五代单晶技术水平是日本的世界。世界上最顶级的单晶材料是日本研制的第五代单晶TMS-162/192。日本成为世界上唯一能够制造第五代单晶材料的国家,在全球市场拥有绝对话语权。因此, 日本的新材料技术让世界上很多国家都离不开它。一个重要原因是日本的新材料不仅质量过硬,而且使用寿命非常“恐怖”。

日本以著名的碳纤维材料领先世界。比如日本东丽公司的T1000,强度高达7060mpa,拉伸模量在高强度碳纤维中也是很高的(甚至达到284Gpa)。这些技术指标远远超过美国IM9的最高水平。在全球碳纤维厂商中,日本有东丽、东邦、三菱三家著名的顶尖公司,都代表了世界顶尖的技术水平。

第三,美国

美国是世界新材料领域的重要领导者。北大数字中国研究院副院长曾认为,美国在新能源、新材料、生命工程方面的技术水平远远领先于世界其他国家。

值得一提的是,美国曾将新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大关键技术之首。在确定的22项关键技术中,材料占5项(材料的合成与加工、电子与光电材料、陶瓷、复合材料、高性能金属及合金)。

早在2011年,美国总统奥巴马就宣布了一项超过5亿美元的“促进制造业伙伴关系”计划,通过政府、大学和企业的合作来加强美国制造业。投资超过1亿美元的“材料基因组计划”就是其中的一个组成部分。材料基因组计划拟通过新材料研发周期各阶段团队的合作,加强“官用和产学研用”的结合,注重实验技术、计算技术、数据库之间的合作与共享。目标是将新材料的开发周期减半,成本降至现有的几分之一,以加速美国在清洁能源、国家安全、人类健康和福祉以及下一代劳动力培训方面的进步, 大大加强美国在新材料领域的国际竞争力。

美国以生物材料、信息材料、纳米材料、极端环境材料和材料计算科学为主要前沿研究领域,支持生命科学、信息技术、环境科学和纳米技术的发展,特别是满足能源、电子信息等重要部门和领域的需求。由此,美国制定了一系列与新材料相关的战略计划,包括:21世纪国家纳米计划、国家纳米技术计划(NNI)、未来工业材料计划、光电计划、光伏计划、下一代照明光源计划、先进汽车材料计划、化石能源材料计划和建筑材料计划。

美国在新材料科技发展方面取得了巨大进步。比如,在战略新材料计划下,早在2011年1月,美国科学家就研制出了一种由超媒体材料制成的“隐声服”,无法被声纳探测到;3月,高效储氢纳米复合材料问世;6月,“诱导”聚合物拟肽链自组装成纳米绳,自组装纳米绳的性能不逊于天然材料;9月,基于镱研制出一种奇怪的新超导体,在自然状态下可以达到“量子临界点”;11月,研制的超黑材料可以吸收几乎所有照射在上面的光线,吸收率超过99%;同月,新开发的世界上最轻的材料具有与人造橡胶相似的吸能性能, 但它比聚苯乙烯泡沫轻100倍。

美国有许多世界顶尖的新材料巨头,如埃克森美孚、道化学、杜邦、3M、美铝、美国钢铁和PPGIndustries。空气产品化学制品,东方化学,康宁。

美国在新材料方面拥有世界顶尖的高等学府:比如著名的西北大学、麻省理工学院(材料科学与工程学院的课程排名第一)、伊利诺伊大学香槟分校(由最早成立于1867年的陶瓷系、冶金系和矿业系合并而成;专业分生物材料、电子材料等六个方向;国家材料专业常年排名前三)、加州大学伯克利分校(世界上最负盛名、最顶尖的公立大学)、斯坦福大学(世界上最杰出的大学之一)、加州大学圣巴巴拉分校(全美顶尖)。以研究科学为主,学术声望非常高的研究型公立大学),康奈尔大学 (当时美国最大的大学)、宾夕法尼亚州立大学帕克分校(美国十大公立大学之一)、佐治亚理工学院植雅理工学院(美国最顶尖的理工学院,专注于下一代工程应用材料的研发)、密歇根大学(与加州大学伯克利分校和威斯康星大学麦迪逊分校被称为“公立大学的典范”)材料专业。

美国拥有大量世界顶尖的科研机构和领先的实验室:如新材料研究领域的科研机构有210个,如橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、艾姆斯实验室等17个科研实力世界顶尖的国家实验室,以及杜邦、波音、IBM等顶尖科研开发公司的13个实验室,而麻省理工学院、哈佛大学等涉及新材料研究的大学实验室高达180个。

1.橡树岭国家实验室:主要材料研究内容:磁性材料基础研究、超导、激光脉冲烧蚀、薄膜、锂电池材料、热电材料、表面、聚合物、结构陶瓷和合金。

2.布鲁克海文国家实验室:材料主要研究内容:高温超导、磁学、固态结构与相变、高分子导体。

3.艾米斯实验室:主要材料研究内容:新机械中的稀土元素、磁学、超导的实验和理论研究。

4.阿贡国家实验室:材料主要研究内容:高温超导、聚合物超导、薄膜磁性、表面科学。

5.劳伦斯伯克利国家实验室:材料主要研究内容:激光光谱学、超导、薄膜、飞秒加工、生物高分子、聚合物和复合材料、表面科学和理论研究。

6.劳伦斯利弗莫尔国家实验室:材料主要研究内容:金属及合金、陶瓷、激光材料、合金超塑性。

7.西北太平洋国家实验室:主要材料研究内容:金属及合金的应力腐蚀开裂、陶瓷材料的高温腐蚀疲劳、陶瓷材料的辐射效应。

8.洛斯拉莫斯国家实验室:主要材料研究内容:电子材料、微结构发展理论、等离子体浸没离子注入技术提高表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性。

9.桑迪亚国家实验室:材料主要研究内容:陶瓷涂层的溶胶-凝胶化学、纳米晶材料的开发以及金属、玻璃、陶瓷材料的粘接与润湿。

10.国家标准与技术研究所(NIST): NIST有六个实验室,即工程实验室、信息技术实验室、材料测量实验室、物理测量实验室、纳米技术中心和NIST中子研究中心。

11.NASA:主要材料研究内容:主要涉及新型金属材料和高性能复合材料。

12.美国加州纳米研究中心:材料主要研究内容:纳米科学和纳米技术发现的快速商业化。CNSI开展的工作代表了与纳米系统相关的四个目标研究领域,包括能源、环境、健康、医学和信息技术。

13.国家增材制造创新研究院:主要材料研究内容:新型金属材料、增材/3D打印材料、发展梯度、可定制材料。

14.哈佛大学研究中心:材料主要研究内容:哈佛大学有多个材料研究中心,包括量子科学与工程学会、纳米系统中心、生物材料研究室等,主要研究不同层次的生物功能的认识和解决医学问题的仪器设备。在哈佛的工程与应用科学学院,研究材料科学的教授最多。

15.省理工大学研究中心:材料研究的主要内容:麻省理工学院有一个科学和高分子物理研究组,44个生物工程方面的研究所和实验室,纳米技术实验室,先进材料实验室,专门研究金属材料等快速成型技术的快速成型实验室,先进材料和结构技术实验室,以及正在研究4D印刷的自组装实验室。其中,生物与生物工程系的怀特海研究所代表了美国生物学研究的最高水平。拥有15个实验室,生物材料研究以人类遗传学为主,生物材料研究以人类遗传学、基因、免疫系统、RNA等领域为主。

16.普林斯顿大学化学工程系:主要材料研究内容:高分子材料研究和生物材料研究的主要据点,其材料科学与技术研究所下有专门的复合材料研究组;

17.康涅狄格大学材料科学研究所:材料主要研究内容:该研究所材料科学研究横跨金属聚合物、金属纳米材料、生物医用金属材料等领域。

18.宾夕法尼亚大学:主要材料研究内容:新型高强高韧合金材料,致力于金属间化合物的基础体系研究,如钛铝合金、银钼合金等。

19.斯坦福大学工程学院:主要材料研究内容:主要为交通工具设计重量更轻、性能更好、结构新颖的材料。

20.加州大学圣巴巴拉分校:主要材料研究内容:除了几个世界顶尖的纳米材料实验室外,该校还有许多其他与材料研究相关的实验室,包括材料研究室、多功能材料与结构中心、节能材料中心、复合材料研究所、先进材料中心和国际材料研究中心。

综上所述,美国的高科技和新材料之所以在世界上如此强大,很大程度上得益于美国对新材料的高度重视,尤其是美国新材料“产学研政”的有效结合。原因是新材料是科技发展的基础。只有新材料强大了,一个国家的科技才能真正领先。

第四,德国

德国的新材料产业得到了全世界的认可和好评。2012年6月,德国启动了长期研究项目“纳米材料的安全性”,旨在了解各种纳米材料对周围环境可能产生的影响,通过定量的方法对纳米材料进行安全风险评估。2012年11月,德国启动了“原材料经济战略”科研项目,旨在开发能够高效利用和回收原材料的特殊工艺,加强稀土、铟、镓和铂族金属的回收利用。

值得一提的是,2013年4月,德国发布了白皮书《关于实施工业4.0战略的建议》。之后,德国将工业4.0项目纳入高技术战略2020未来10大项目,推动以智能制造、互联网、新能源、新材料、现代生物为特征的新工业革命。德国企业界普遍认为,确保并扩大其在材料研发领域的领先地位是其在国际竞争中取得成功的关键。2016年3月,德国发布了《2025》(DigitalStrategy2025),明确了实现数字化转型的步骤和具体实施措施,其中重点支柱项目包括工业3D打印。

工业4.0是德国政府在《德国2020高科技战略》中提出的十大未来项目之一。

德国新材料产业的重要基础来自四大领域:

化工和医药行业:德国是全球最大的化工产品出口国,也是欧洲首选的化工投资地区,拥有完善的基础设施、科研机构和高素质的劳动力。根据德国化学工业协会的数据,德国著名的化工制药企业有巴斯夫、拜耳、朗盛、汉高、赢创、默克、勃林格殷格翰等。

机械设备制造业:机械设备制造业是德国从业人数最多的行业。德国著名的机械制造巨头有蒂森克虏伯、西马克、海德堡印刷、赫里克、福伊特、普茨迈斯特、通快等。

汽车及汽车零部件产业:德国是全球著名的汽车制造大国,高端汽车全球市场份额已超过70%。德国著名的主要汽车制造商有:大众、戴姆勒、宝马、奥迪、保时捷、欧珀曼(商用车)等汽车企业,以及博世、大陆、ZF、蒂森克虏伯、西门子VDO等汽车零部件企业。

电子电气行业:德国拥有世界领先的电子电气行业。德国电子元件工业的发展很大程度上依赖于德国汽车工业的发展。汽车电子行业是德国最大的电子元器件消费行业,通信领域、电子数据处理和工业电子也是其主要用户,分别占销售额的20%左右。著名世界级企业:德国电子电气行业的龙头企业有西门子、英飞凌、博世、GieseckeDevrient、库卡等。

德国有一家世界知名的新材料企业。

1.巴斯夫:巴斯夫成立于1865年,是全球最大的化工产品基地。巴斯夫集团在欧洲、亚洲和南北美洲的41个国家拥有160多家全资子公司或合资企业。

3.朗盛:朗盛集团是德国领先的特种化学品集团,总部和主要业务在科隆。2004年,拜耳集团进行战略重组和分拆,旗下化工业务和部分聚合物业务被分拆,朗盛诞生。

4.汉高:汉高公司于1876年9月26日在亚琛成立。汉高的业务重点是应用化学。经过140多年的发展,汉高已经从80个工人企业发展成为一个全球性的集团公司。

5.Sigri: Sigri集团是全球领先的碳石墨材料及相关产品制造商之一,拥有从碳石墨产品到碳纤维和复合材料的完整业务链。

6.EOS3D打印公司:成立于1989年,是世界著名的快速成型设备制造商和电子制造解决方案提供商。

动词 (verb的缩写)俄罗斯

俄罗斯是传统制造业大国,尤其是在新材料等新兴产业的科技创新方面。值得一提的是,俄罗斯在能源材料和化工新材料领域处于领先地位。同时,俄罗斯发展的战略目标是保持这些材料在世界上的领先地位,同时大力发展对促进国家经济发展有重要影响的新材料。

例如,俄罗斯国立科技大学的材料科学家开发了一种氰化铪陶瓷,理论上可以承受4200摄氏度的高温。在此之前,世界上公认的最耐高温、最难熔化的人造物质是碳化钽铪。此外,俄罗斯SHS(自蔓延燃烧技术)合成的化合物多达700种,在世界上已占据领先地位。

俄罗斯研发新材料的战略目标是:一方面,努力在一些材料领域保持世界领先地位,如能源工业、化学工业、金属材料、超导材料、高分子材料等;另一方面,大力发展对推动国民经济发展有影响的领域,如电子信息产业、通信设施、计算机产业等。目前的情况是由于信息、通信和计算机产业相对落后,这对具有优势的地区的发展产生了负面影响。因此也成为俄罗斯政府和科技界关注的焦点。

俄罗斯一直把与新材料相关的科技产业作为国家战略和国民经济的主导产业。例如,早在2012年4月发布的《到2030年材料与技术发展战略》就将18项重点材料战略列为发展方向,包括智能材料、金属间化合物、纳米材料及涂层、耐热单晶超级合金、含铌复合材料等。同时,还制定了新材料产业主要应用领域的发展战略。

例如,俄罗斯科学院2015年发布了到2030年的科技发展预测,主要包括七个科技优先发展方向,即信息与通信技术、生物技术、医疗与安全、新材料与纳米技术、自然资源的合理利用、交通系统、能源效率与节能。

俄罗斯矿产资源丰富。煤、石油、天然气、泥炭、铁、锰、铜、铅、锌、镍、钴、钒、钛和铬的储量居世界前列。在发展新材料产业方面,俄罗斯目前把发展新材料等相关技术产业作为国家战略和国民经济的主导产业大力扶持、推动和实施。

俄罗斯有非常明确的研究方向和许多世界一流的研究机构:

俄罗斯R&D方向:俄罗斯新材料的主要R&D方向是结构材料和功能材料,具体是金属材料、陶瓷材料、复合材料、高分子材料、高纯材料和生物、超导、纳米材料。

俄罗斯已将以下九种新材料和化学品列为其科技计划之一:

陶瓷和玻璃材料

具有特殊性能的金属和合金

膜技术

重要战略原材料的评估

综合开采及深加工技术

聚合材料和复合材料

超硬合成材料

超导性

微观冶金生产技术模型


俄罗斯世界级新材料研究所;

从事金属材料研究的机构有:俄罗斯科学院金属研究所、俄罗斯科学院西伯利亚分院强度物理与材料科学研究所、稀有金属工业研究所、结构材料研究所、重工业研究所、有色冶金研究所、全俄轻合金研究所,以及多个研究协会和企业。


从事陶瓷材料研究的机构有:强度物理和材料科学研究所、固体化学和矿物原料加工研究所、硅酸盐化学研究所、结构材料研究所、全俄高分子纤维研究所、全俄轻质合金研究所以及多个科研生产联合体和企业。

从事复合材料研究的机构有:合成高分子材料研究所、强度物理和材料科学研究所、硅酸盐化学研究所、石墨基结构材料研究所、中央特种机械制造研究所、全俄轻合金研究所以及几家科研生产联合体和企业。

从事高分子材料研究的机构有:俄罗斯科学院合成高分子材料研究所、国家高分子化学与技术研究所、全俄高分子纤维研究所以及多个科研生产联合体和企业。

从事高纯材料研究的机构:金属研究所、高纯物质化学研究所、稀有金属工业研究所、超纯材料研究所等研究机构和科研生产联合体、企业。

第六,英国

英国是世界上传统的新物质大国之一。例如,世界上第一座大型塑料桥于1992年10月出现在英国。世界上第一座以玻璃钢为主的复合材料大型桥梁在苏格兰阿伯丁建成。这座桥是由蒙塞尔公司和邓迪大学的工程师和技术人员设计的。这座桥是一座悬索结构,用来连接一条河两岸的高尔夫球场。这座桥长62米,宽2米,但它的重量只有15吨。

2019年5月,英国政府宣布承诺到2050年实现净零排放。英国的HenryRoyceInstitute由9个参与先进材料研究的领先机构(包括利兹)组成,并与剑桥大学的物理研究所和制造研究所一起确定了学术方法。行业研究人员可以帮助提供负担得起和可靠的绿色技术。合作的结果是五个技术“路线图”,描述了许多关键研究领域的发展如何在减少温室气体排放方面发挥重要作用。这些路线图包括:

光伏系统中使用的材料,这将增加太阳能电池板产生的电力。

制氢和化工原料低碳工艺用材料。

热电能量转换材料存在于加热、制冷和空调系统中。

热转换材料可以避免在加热和制冷系统中使用碳。

低损耗电子设备的材料,这将导致更节能的电子设备和计算。

研究人员还提出了一系列建议,包括呼吁增加对材料研究和测试设施的投资,制定新的法律以确保采用新的绿色技术,并使可持续发展成为任何新的先进材料的核心。

物理与天文学院的Linfield教授、KatharinaZeissler博士和OscarCespedes博士协调了低损耗电子学的技术路线图。

值得一提的是,剑桥科技园是欧洲最成功的科技园,也是欧洲最著名的科技园之一。由剑桥大学牵头的产学研,致力于发展生命科学、生物医药、人工智能、物联网、新材料等高科技产业。企业120多家,61%源于剑桥大学,50%成立十年以上,30%为外资企业。

英国的新材料研究机构;

卡文迪许实验室:卡文迪许实验室作为剑桥大学物理科学院的一个部门,在1904年至1989年的85年间,共产生了29位诺贝尔奖获得者,占剑桥大学诺贝尔奖总数的三分之一。如果算大学的话,它的获奖人数可以排到世界第20,和斯坦福大学并列。其惊人的科研效率和丰硕的成果举世无双。鼎盛时期甚至赢得了“世界上一半的物理发现来自卡文迪许实验室”的美誉。

英国ARM公司:全球超过95%的智能手机和平板电脑采用ARM架构。ARM设计了大量高性价比、低能耗的RISC处理器、相关技术和软件。早在2014年,基于ARM技术的全球年出货量为120亿件,从诞生至今基于ARM技术的有600亿件。该技术具有高性能、低成本、节能的特点。在智能机、平板电脑、嵌入式控制、多媒体数字处理器等领域处于领先地位。

英国太赫兹公司Teraweiew:英国创业公司Teraweiew成立于2001年,是全球第一家致力于太赫兹光学成像和光谱应用的公司。该公司的太赫兹技术主要面向研究实验室和全球生产设施部门,可应用于制药、汽车、包装等领域,可大大缩短检测时间。据说在IC封装中,使用传统的面积检测方法需要7-10天,而使用公司的太赫兹技术,一天之内就可以完成,检测对IC封装造成的损伤也可以大大降低。该公司的太赫兹技术还可用于爆炸物检测、药品质量监测、汽车及相关领域的涂层表面检测以及癌症检测的医学成像。

metabords:metabords由牛津大学的教授和研究人员于2016年成立,他们试图提出一种更好的无线充电解决方案,采用一种“metabords”。新方案可以解决目前无线充电的缺点,例如需要将设备与充电器连接,新技术还可以用一个充电点为多个设备充电。

七、韩国

韩国是新材料的世界级强国之一。例如,2020年10月,三星先进技术研究院的EunjooJang团队报道了一种无镉蓝光ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点的合成,量子产率为100%。得到的器件EQE高达20.2%,亮度为88900 CDM-2,100 cm-2时T50 = 15,850h,这是目前世界上报道的蓝光QD LED的最高值!

韩国早在2001年就成为世界第五大材料出口国,并推出著名的“快速跟随”战略,希望跻身前四。在“快速跟随”战略的推动下,韩国企业在原材料行业逐渐超越发达国家。当年材料行业占韩国出口总额的45%以上,2015年达到68%。

韩国希望在未来十年成为“核心材料”领域的全球第四大出口国。例如,在南韩的大学和研究机构中,许多R&D作品正在信息技术、生物技术和环境技术等许多领域取得进展。一些高频热词包括:功能有机/无机纳米杂化、纳米结构光电材料、超分子材料、太阳能电池和热能转换的有机材料、自组装纳米粒子、药物输送、能量产生和储存的复合材料、气凝胶、高性能超级电容器、二次锂电池等。

韩国材料科学家和工程师希望成为新材料技术的“先行者”,而不是其他发达国家先进技术的“快速追随者”,尤其是在工业4.0时代。韩国一直处于新材料研发的核心阵营,比如“石墨烯”就是一个典型的例子。石墨烯可广泛应用于太阳能电池、透明面板、发光材料等不同领域。虽然石墨烯最早是由外国科学家发明的,但在石墨烯产业的研究和创新上,韩国是“最早的演员”。2016年,韩国是国内外石墨烯专利数量最多的国家:比如三星有225项专利,LG有180项,成均馆大学有147项,KAIST有129项,首尔大学有78项。

韩国知识经济部和教育科学技术部此前表示,到2020年,将投入5130亿韩元(约合人民币28.2亿元)推进“纳米一体化2020项目”。

值得一提的是,2013年,韩国政府发布了第三次科学技术基本计划,提出在5个领域推进120项国家战略技术(包括30项关键技术)的开发,其中30项关键技术包括先进技术材料、知识和信息安全技术、大数据应用技术等。韩国未来增长动力计划重点支持纳米弹性元件、生态材料、生物材料和高性能结构材料。

2014年,韩国政府制定了3D打印技术产业发展总体规划,加强技术开发、基础设施建设、人才培养、法制完善等基础产业环境建设。2016年,在原有政策和推进工作的基础上,为提高韩国的产业竞争力,韩国制定了《韩国3D打印产业振兴计划(2017-2019)》,目标是在2019年使韩国成为3D打印技术的全球领导者。

 
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