新材料是高新技術(shù)的重要組成部分，是高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，也是提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)能級(jí)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。新材料產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Σ?duì)未來(lái)發(fā)展有著巨大影響的產(chǎn)業(yè)，材料學(xué)的水平在很大程度上代表了一個(gè)國(guó)家的科技水平。日本十分重視新材料技術(shù)的發(fā)展，把開(kāi)發(fā)新材料列為國(guó)家高新技術(shù)的第二大目標(biāo)，日本材料企業(yè)在全球新材料產(chǎn)業(yè)中形成一枝獨(dú)秀的領(lǐng)先局面。日本機(jī)械制造工業(yè)長(zhǎng)期保持世界先進(jìn)水平與其發(fā)達(dá)的材料產(chǎn)業(yè)密不可分。

        日本評(píng)估的新材料領(lǐng)域有：耐高壓、耐腐蝕性、高敏感、超薄、超輕，具備很多金屬特性的金屬玻璃；用于電子產(chǎn)品的鎂合金，水力發(fā)電機(jī)組軸承用樹(shù)脂系復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料，用于建筑、橋梁、船舶、汽車的超級(jí)鋼鐵材料；新光源材料有機(jī)EL、富勒烯、固體燃料電池材料、高溫超導(dǎo)材料、超耐熱合金、生物能源材料、硅材料、雙層電容器用碳素納米細(xì)孔電極材料等。

        日本在全球新材料中具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的有：精細(xì)陶瓷、碳纖維、工程塑料、非晶合金、超級(jí)鋼鐵材料、有機(jī)EL材料、鎂合金材料。其領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)具體如下: 鋰電池隔板占比達(dá)50%，飛機(jī)及汽車用碳纖維占比達(dá)70%，海水淡化逆滲透薄膜占比50%，高端多層陶瓷電容器用納米級(jí)鈦酸鋇占比80%，300mm太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體電路板占比達(dá)70%，有機(jī)EL材料占比達(dá)90%，聚乙烯醇膠卷占比達(dá)80%，用于燃料電池的氧化鋯占比達(dá)60%，用于汽車、電子的合成鎂氧占比達(dá)70%。在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，日本企業(yè)在全球新購(gòu)半導(dǎo)體制造設(shè)備和生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的材料（高純度氟化氫、光刻膠和氟化聚酰胺），市場(chǎng)占有率超過(guò)了30%，穩(wěn)居在產(chǎn)業(yè)鏈上游。
 

 

        日本的材料學(xué)已成為先進(jìn)技術(shù)，其中高精尖的三種材料技術(shù)：制造洲際彈道導(dǎo)彈噴管和殼體以及飛機(jī)骨架——高強(qiáng)度碳纖維材料；制造高性能主動(dòng)相控陣軍用雷達(dá)的——寬禁帶半導(dǎo)體收發(fā)組件材料；制造新式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的——高性能單晶葉片。

        1）渦輪葉片由于特殊的工作環(huán)境，對(duì)于高溫高壓下的抗蠕變性能的條件及要求是十分苛刻的。其解決手段就是讓晶體約束朝一個(gè)方向伸展，可以極大提升高溫高壓下的強(qiáng)度和抗蠕變性能。目前，全球領(lǐng)先的單晶材料就是日本研發(fā)的第五代單晶TMS-162/192，并且是全球唯一能制造第五代單晶材料的國(guó)家。第五代的TMS-162壽命接近1000小時(shí)壽命，相比于美國(guó)材料的使用壽命高達(dá)4倍。
 

 

        2）碳纖維由于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高而被軍工產(chǎn)業(yè)視為制造導(dǎo)彈、尤其是洲際彈道導(dǎo)彈的理想材料。在全球碳纖維生產(chǎn)制造廠家中，日本的東麗、東邦和三菱代表著世界的最高技術(shù)水平。日本東麗公司的T1000強(qiáng)度高達(dá)7060MPa，其拉伸模量達(dá)到284GPa，其技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)IM9。而俄羅斯的YKH、BMH（拉伸強(qiáng)度2500～3000MPa）比世界上通用的T300大約要低1000MPa。日本碳纖維在技術(shù)、質(zhì)量和規(guī)模上均處于世界領(lǐng)先地位。

        3）主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵體現(xiàn)在一個(gè)個(gè)T/R收發(fā)組件上。T/R組由MMIC半導(dǎo)體晶片材料封裝而成，而半導(dǎo)體晶圓的晶體生長(zhǎng)是整個(gè)AESA雷達(dá)關(guān)鍵的技術(shù)部分。GaN材料由于禁帶寬，擊穿電壓高，發(fā)射功率大，是MMIC芯片基體的理想材料。但是GaN材料的晶體生長(zhǎng)十分困難，目前只有日本率攻克了GaN薄膜的大規(guī)模制造工藝。
 

        1）有望替代汽車和電器零部件中金屬和玻璃的高耐熱生物塑料。

        2）未來(lái)可用于制造人工軟骨的高強(qiáng)度醫(yī)用凝膠，這種凝膠放入水中也不會(huì)溶解，并在干細(xì)胞治療中發(fā)揮重要作用。

        3）使用LED光源的低費(fèi)用的深紫外發(fā)光體，未來(lái)作為殺菌處理的新型光源代替目前使用的水銀燈。

        4）簡(jiǎn)便、高效率、直接合成（硅石與酒精反應(yīng)）硅化學(xué)產(chǎn)業(yè)的主要原料四乙氧基硅烷。

        5）通過(guò)減少作為觸媒的白金粒子直徑和其在固體表面上的固化密度，大大減少燃料電池中白金使用量的新工藝，使未來(lái)燃料電池的費(fèi)用極大降低。

        6）與混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)中的釹磁石相比，稀土用量更少、磁力更強(qiáng)、新的磁石化合物NdFe12Nx。
 

        1995年，日本就制定了《科學(xué)技術(shù)基本法》，第二年開(kāi)始實(shí)施為期5年的科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃。日本為推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建立循環(huán)型社會(huì)，日本制定了一系列的相關(guān)法規(guī)，如《環(huán)境基本法》、《循環(huán)型社會(huì)形成推進(jìn)基本法》、《資源有效利用促進(jìn)法》、《綠色購(gòu)入法》等，為新材料的研發(fā)、實(shí)用化起到了積極的推動(dòng)作用。此外，日本的產(chǎn)官學(xué)合作體制（即產(chǎn)業(yè)界、政府和學(xué)術(shù)界合作的科技發(fā)展體制）在促進(jìn)科研成果產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。

        日本新材料政策目標(biāo)是占有全球市場(chǎng)，特別是具有巨大市場(chǎng)潛力和高附加值的新材料領(lǐng)域，并且使其在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、工業(yè)化。日本政府發(fā)布的《日本產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)展望2010》以新的戰(zhàn)略為指導(dǎo)，其中包括高溫超導(dǎo)、納米、功能化學(xué)、碳纖維、IT等新材料技術(shù)在內(nèi)的10大尖端技術(shù)產(chǎn)業(yè)確定為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要戰(zhàn)略領(lǐng)域。

        日本內(nèi)閣會(huì)議于2016年通過(guò)的《第五期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃(2016-2020)》，日本政府未來(lái)5年將確保研發(fā)投資規(guī)模占GDP比例的4%以上。
 

        日本新材料領(lǐng)域全球遙遙領(lǐng)先，有其深層次的原因：

        1）日本十分重視新材料的基礎(chǔ)研究，特別是新材料方面的研究，為科學(xué)技術(shù)進(jìn)步打下基礎(chǔ)，保證在尖端技術(shù)中發(fā)揮其主導(dǎo)作用。

        2）日本建立大批新材料研究所，著重對(duì)電子、新材料、生物工程等方面開(kāi)展研究活動(dòng)。

        3）重視新材料方面的人才資源，日本認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)材料科學(xué)家和材料工程師的重要性，并不斷加以完善調(diào)整。

        4）日本在研究經(jīng)費(fèi)方面給予大力支持，在新材料方面的研究開(kāi)發(fā)費(fèi)相當(dāng)于大型工業(yè)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)費(fèi)和海洋開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)。

        5）建立新的材料研究體制方式，采取產(chǎn)學(xué)結(jié)合或企業(yè)間合作的體制。產(chǎn)官學(xué)合作體制發(fā)揮極為重要發(fā)動(dòng)機(jī)作用，并且日本政府處于主導(dǎo)地位。

        總之，日本在新材料行業(yè)發(fā)展上值得借鑒的幾個(gè)方面：首先，日本獨(dú)特的“產(chǎn)官學(xué)”合作體制推動(dòng)科研成果高效轉(zhuǎn)化；其次，政府在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中提供稅收優(yōu)惠及研究經(jīng)費(fèi)支持；再次，建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟來(lái)推進(jìn)上下游協(xié)作、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量增長(zhǎng)；最后，日本的商社文化、產(chǎn)融結(jié)合為日本新材料企 業(yè)提供了成長(zhǎng)的肥沃土壤。

參考資料：