改革开放30年“科技改变中国”系列报告之十七
日期: 2009年02月01日 11:22      
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新材料:为现代化建设“加固”

  一道难题摆在北京市运输管理局负责人面前:总重533吨、长79米、高5.2米的奥运配套设施“巨无霸”燃气机,需从天津运往北京,但途中必经的京塘旧路榆林庄桥由于使用年代较久,桥梁安全系数难以达到要求。

  此时,离北京奥运会开幕只有不到两年时间,按传统的技术加固肯定来不及了。怎么办?专家们想到了一个办法:对桥梁贴碳纤维膜。在“巨无霸”到达前一天,完成了对榆林庄桥15片梁的加固工作,从而确保有史以来进入北京四环以内最重设备的运输安全。

  用碳纤维膜加固桥梁,只是新材料改变人们生活的一个缩影。新型陶瓷材料、微电子材料、光电子材料、生物医用材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、纳米材料、超导材料……改革开放30年来,传统材料所不具备的优异性能材料、高技术发展所需的特殊性能材料、新功能材料,如雨后春笋,层出不穷。新材料也因此和信息技术、生物技术一起,成为21世纪最重要、最具发展潜力的领域之一。

  发轫于军工发展于民用

  今年88岁高龄的师昌绪院士是我国最早从事和组织高温合金研究的科学家之一。被誉为我国材料科学界的泰斗。他的这一研究方向的确定与当时我国航空、航天等国防工业对高温合金的需求密不可分。

  我国新材料技术很多都发轫于军工。上世纪50年代,当时的国家科委和国防科委在聂荣臻元帅的主持下,成立了“新材料专案”,直接推动了我国新材料的发展。1975年11月,由张爱萍将军主持的“7511会议”,启动了碳纤维的研究……

  但新材料真正的“春天”,是直到后来在民用市场上才找到的。

  1959年,日本发明了用聚丙烯腈(PAN)纤维制造碳纤维,被视为“黑色革命”的开始。1960年,中国科学院开始着手PAN基碳纤维的研究。然而,因为对口服务于航空航天事业,碳纤维一直被蒙上一层神秘的色彩;与此同时,军口对碳纤维的小需求量导致质量不稳定。上世纪80年代,我国碳纤维的研究几近停滞,国家投入几近为零,研究人员纷纷转行。

  和新材料打了大半辈子交道的国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长李克健说:“改革开放前,新材料被视为军工产品,用量小,品种多,产业难以发展。改革开放以来,随着国民经济发展,被大量用之于民的新材料有了广阔的用武之地,成了现在的新材料产业。”

  碳纤维已在民用方面崭露头角:因为轻巧,碳纤维早被用于制造钓鱼竿、球拍等体育用品;

    因为抗腐蚀能力强,碳纤维抽油杆有望在占我国油田30%%的深井、超深井和腐蚀井油田中发挥作用,市场的容量为2.4万口井;因为强度高、刚性好,碳纤维风力机叶片有望在我国3兆瓦以上发电机组中发挥作用,在节能减排大背景下,市场前景可观……

  “市场需求的拉动力量非常大。”李克健认为,过去新材料的发展动力来自政府需求,而现在依托市场,新材料产业进入良性发展阶段。

  数据显示:2001—2005年,我国新材料产业以每年20%%的速度增长;2006年产业规模约266亿美元;“十一五”期间将继续以较高速度发展,预计2010年产业规模将超过800亿美元。

  新材料的价值并不囿于此。“其新材料的最大的价值是给下游产业带来巨大效应。”李克健介绍说,本身价值并不大的多晶硅的发展,带动了全球太阳能产业的发展,形成巨大产业市场;LED光源在照明中的应用,成为半导体照明行业的热点,也成为我国节能重要措施之一……

  成长于体制

  作为高技术基础应用类研究所的科研人员,中国科学院半导体研究所所长李晋闽一直在思考如何给研究成果找“出口”,即科技如何满足国家战略需求和国民经济需求。

  2000年到2002年,李晋闽赴美国加州大学洛杉矶分校做高级访问学者。在此期间,他做了一件重要的事情:走访当地包括世界500强在内的很多家不同规模、不同发展阶段的高科技企业,真正领略在美国这个科技发达的国度里,技术与资本是如何结合的。

  2002年年底回国担任所长后,李晋闽一直极力推动技术和资本的结合。中国科学院半导体研究所参与的“十五”国家科技攻关计划“半导体照明产业化技术开发”重大项目(简称国家半导体照明工程),被他视为“很不错”的一次产学研实践。

  这项工程于2003年年底紧急启动。在工程实施过程中,出现了其他其它学科领域不曾出现的“怪”现象:在LED技术本身尚有不少科学问题、技术问题未解决的情况下,市场却在急剧扩大,技术开发远远落后于市场。

  “不是技术本身落后,而是市场的驱动力太大。市场对LED的需求日新月异,而技术积累需要一个过程。”李晋闽对现象背后的原因分析得很透彻:政府大力支持,产业需求迫切,产学研的纽带比以往任何时候都要强得多。如今在半导体研究所,研究做到六七成的时候就主动与产业对接,主动走出去、请进来,从而提高资源使用效率和科研效率。而在过去,很多科研成果都是闭门造车,科技界的主导思想只重视出论文,即“绣花”的工作,而将成果推广视为低水平的“织麻袋”的活,不愿意去做。

  示范的成功带来了连锁效应。仅仅过了1年多,在“十一五”规划里,该项目被列为863计划的重大项目,获得国家专项经费的资助3.5亿元,将带动数十亿的企业投资。

  “在产学研里,学、研是基础。”李晋闽说,改革开放30年来,国家对科技的重视程度和投入不可同日而语,而这为产业化插上了双翼。

  新材料技术的发展与产学研体制的确立是相携而进的。改革开放以来,在国家一系列重要科技计划和战略部署里,新材料始终占有较大的比重。1984年,我国建立了“国家重点实验室”,除3个属于纯基础研究外,实验室主要集中在新材料等9个领域。1986年,新材料被列为863高技术计划的七大研究与发展领域之一,经费占到863总经费的10%%。在科技部火炬中心的系列高新技术材料基地里,1/3的基地包含有新材料,1/4的火炬新项目是新材料。在973项目中,新材料是其中六个领域之一。与此同时,30年来,我国材料领域的科技资源日渐丰富。中科院系统和中央所属材料类相关研发机构超过100家,设置材料类专业的高校共420余所;“211工程”高校中设置材料相关专业的有84所;500余家国家级企业技术中心中,材料领域约占1/4。我国材料科学研究水平位居世界第四,远高于我国总体科研水平。在专利及科技奖励等方面,材料科技在全国均占有较大比例。

  改革开放30年来,通过引进吸收与自主创新相结合,我国解决了一系列国防建设及国民经济急需的重大材料问题,在先进陶瓷材料、镁合金、锂离子电池材料、半导体材料、稀土永磁等一批关键材料领域,取得重大技术突破,我国一些实力较强的材料企业也在不断加大与国外企业的技术和产业合作,借助国际力量来提升自己的竞争水平。

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