中國材料科學(xué)是否處于世界前列

/6中國材料科學(xué)是否處于世界前列1.引言首先明確材料學(xué)科的定義，材料科學(xué)是研究材料的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能，以及它們之間相互關(guān)系的科學(xué)。材料科學(xué)是多學(xué)科交叉與結(jié)合的結(jié)晶，是一門與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)。材料是早已存在的名詞，但材料科學(xué)的提出則是在20世紀(jì)60年代。1957年，蘇聯(lián)人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功之后，美國政府及科技界為之震驚，并認(rèn)識(shí)到先進(jìn)材料對于高技術(shù)發(fā)展的重要性，于是在一些大學(xué)相繼成立了十余個(gè)材料科學(xué)研究中心，從此，材料科學(xué)這一名詞開始被人們廣泛地引用。材料是人類用來制造機(jī)器、構(gòu)件、器件和其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，人們把信息、材料和能源作為社會(huì)文明的支柱。80年代，隨著高技術(shù)群的興起，又把新材料與信息技術(shù)、生物技術(shù)并列作為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代社會(huì)，材料已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。研究與發(fā)展材料的目的在于應(yīng)用，而材料必須通過合理的工藝流程才能制備出有實(shí)用價(jià)值的材料來，通過批量生產(chǎn)才能成為工程材料。在將實(shí)驗(yàn)室的研究成果變成實(shí)用的工程材料過程中，材料的制備工藝、檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等起著重要的作用。材料的實(shí)用研究構(gòu)成了材料科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展無非就是從研究到應(yīng)用，最后轉(zhuǎn)化為先進(jìn)生產(chǎn)力的一個(gè)過程，所以現(xiàn)在從研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用三個(gè)方面來分別來分析闡述中國材料科學(xué)的發(fā)展水平。2.論證2.1從科研成果看中國材料科學(xué)的發(fā)展目前在材料專業(yè)雜志上發(fā)表的論文數(shù)量以及質(zhì)量，可以作為科研成果的一項(xiàng)指標(biāo)，來反應(yīng)材料科學(xué)的發(fā)展。2009年8月的中國科學(xué)院規(guī)劃戰(zhàn)略局、中國科學(xué)院國家科學(xué)圖書館的《中國與美日德法英五國科技的比較研究》報(bào)告中指出：按照論文被引頻次排名：全科學(xué)領(lǐng)域論文被引頻次排名世界前500名的，中國有7個(gè)機(jī)構(gòu)，最靠前的是中科院，排名23位。

而在材料科學(xué)領(lǐng)域，中國從2003年起，排名世界第二。論文被引頻次在世界前300位的機(jī)構(gòu)中，中科院居世界第一。與材料相關(guān)的物理學(xué)領(lǐng)域，論文量居世界第二；被引頻次世界第三；化學(xué)領(lǐng)域，論文總量和被引頻次，2004年以來居世界第二，2008年排名世界第一。相對引文影響（RCI）入圍世界前300名的研究機(jī)構(gòu)中，中國有13所；中科院居世界第一，德國馬普學(xué)會(huì)第二；北京大學(xué)和南京大學(xué)分別排名46和66位。

由圖可以看出近年來，中國在材料科學(xué)專業(yè)的頂級(jí)雜志上的論文發(fā)表量還是占據(jù)很大比重的。在論文被引用上，根據(jù)各個(gè)國家和地區(qū)于2004年1月1日至2014年8月31日在WebofScience數(shù)據(jù)庫的SCI、SSCI收錄材料科學(xué)領(lǐng)域期刊上發(fā)表的論文，統(tǒng)計(jì)分析出前20名國家和地區(qū)排名（共有85個(gè)國家和地區(qū)參與排名）。每個(gè)參與排名的國家和地區(qū)在這期間發(fā)表的材料科學(xué)論文數(shù)超過5千篇，排名參照指標(biāo)為總被引次數(shù)（Citations）、文章數(shù)（Papers）和篇均被引次數(shù)（CitationsPerPaper）。根據(jù)數(shù)據(jù)得到的結(jié)果是：中科院排在第1位，哈爾濱工業(yè)大學(xué)第7位，清華大學(xué)第8位，中南大學(xué)第12位、北京科技大學(xué)第13位、上海交通大學(xué)第14位、浙江大學(xué)第18

位、西北工業(yè)大學(xué)第19

位、天津大學(xué)第44位。而各種機(jī)構(gòu)在10年間論文總被引次數(shù)排名上的結(jié)果是中國科學(xué)院排名第1，清華大學(xué)排名第9，香港浸會(huì)大學(xué)在第15位，浙江大學(xué)第30

位，上海交通大學(xué)第33位。從論文發(fā)表數(shù)量質(zhì)量和論文被引用率上來看，說中國的科研水平還是處于世界先進(jìn)水平的。并且在師昌緒院士《關(guān)于發(fā)展我國材料科學(xué)技術(shù)的若干思考》的報(bào)告中提到：我國在實(shí)驗(yàn)室材料的研究方面具有較高的水平，與國外發(fā)達(dá)國家相比差距不大，其主要表現(xiàn)是我國在國際雜志和國際會(huì)議上所發(fā)表的論文居世界第二位，并具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)水準(zhǔn)。但是科研這僅僅是代表一個(gè)學(xué)科水平的一項(xiàng)指標(biāo)，還要結(jié)合很多因素來判斷材料科學(xué)的總體發(fā)展情況。2.2從科研條件和科研學(xué)者看材料科學(xué)的發(fā)展根據(jù)2000-2010年間所發(fā)表研究論文的引用率，湯森路透集團(tuán)發(fā)布了全球頂尖100位材料科學(xué)家榜單。共有15位華人科學(xué)家入選，其中榜單前6位位華人?；贓SI統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，湯森路透集團(tuán)發(fā)布的2000-2010年全球頂尖100位材料科學(xué)家榜單。依據(jù)10年間在材料科學(xué)領(lǐng)域（基于湯森路透集團(tuán)ESI的學(xué)科分類體系）所發(fā)表研究論文（包括Article和Review）的篇均被印次數(shù)，這一榜單選出了全球最具影響力的100名材料科學(xué)家（入選者文章數(shù)不低于25篇）。共有15位華人科學(xué)家入選這一榜單，其中榜單前6位均為華人，美國加州大學(xué)伯克利分校的楊培東教授位居第一。按國別分布，這100位材料科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家有48位來自美國，11位來自德國，8位來自英國，4位來自法國、荷蘭，來自澳大利亞、中國、韓國的瑞士的有3位，來自比利時(shí)、俄羅斯、瑞典的有2位，奧地利、加拿大、丹麥、愛爾蘭、以色列、日本、葡萄牙、中國臺(tái)灣各1位。從所屬機(jī)構(gòu)看，加州大學(xué)圣巴巴拉分校有5人，帝國理工學(xué)院4人、麻省理工學(xué)院4人、賓夕法尼亞州立大學(xué)3人、斯坦福大學(xué)3人、劍橋大學(xué)3人、荷蘭格羅寧根大學(xué)3人、馬爾堡大學(xué)3人、密歇根大學(xué)3人。美國在新材料研究領(lǐng)域科研機(jī)構(gòu)一共有210所科研機(jī)構(gòu)，主要有橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、埃姆斯實(shí)驗(yàn)室等17個(gè)科研實(shí)力全球名列前茅的國家實(shí)驗(yàn)室，以及杜邦、波音、IBM等13個(gè)頂尖科技研發(fā)公司實(shí)驗(yàn)室，而涉足新材料研究的主力—高校實(shí)驗(yàn)室如麻省理工大學(xué)、哈佛大學(xué)等則高達(dá)180所。由此可以看出雖然華人科學(xué)家排名考前，數(shù)量也并不是太少，但是大多都是供職于美國大學(xué)或者機(jī)構(gòu)。并且屬于中國籍的材料科學(xué)家的數(shù)量才只有3位，與美國的48位還相差甚遠(yuǎn)。無論從科學(xué)家數(shù)量上看還是從科研機(jī)構(gòu)上看，中國的材料科學(xué)發(fā)展與歐美國家還是有一定差距的。2.3從材料相關(guān)技術(shù)看中國材料科學(xué)的發(fā)展影響科學(xué)生產(chǎn)最重要的兩個(gè)方面是材料和工藝，工藝和材料相互制約，有成熟先進(jìn)的工藝才能制造出性能優(yōu)異的材料，有性能優(yōu)異的材料才可以匹配上先進(jìn)的工藝。比如目前在工業(yè)上制造一個(gè)精度為0.0001毫米要求的零件時(shí)所用的加工中心的數(shù)控機(jī)床、數(shù)控計(jì)算機(jī)部分和加工軟件都是德國制造的，而機(jī)床上的車刀和鉆頭都是日本生產(chǎn)的。要加工一件精度為0.0001毫米的零件，所需的工具，就是上述外國制造的工具，這些工具的精度要比產(chǎn)品的精度高好幾倍甚至幾十倍幾百倍。一把用于高精度加工的鉆頭或者車刀，目前中國還是達(dá)不到高精度要求的，一般都是進(jìn)口德國或者日本的設(shè)備。如我國航母的蒸汽彈射器造不出來的很大原因就是精密機(jī)床技術(shù)過于落后。蒸汽彈射原理其實(shí)很簡單，但要求的工業(yè)工藝就很高，所以蒸汽彈射器遲遲無法造出。還有國產(chǎn)6135柴油機(jī)是很成熟的一種柴油機(jī)，大量的裝在民用，軍用船舶用作發(fā)電機(jī)組或推進(jìn)動(dòng)力，但這些年來，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一直沒有太大的提高，最高的功率還沒有到200千瓦。美國的DDC柴油機(jī)公司的S60型柴油機(jī)，缸徑和6135一樣都是135mm，體積也差不多，可是它的功率能達(dá)到615千瓦，為什么國外的柴油機(jī)比國產(chǎn)的柴油機(jī)功率能大出那么多，關(guān)鍵就是柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，機(jī)體的鑄造材料，機(jī)器內(nèi)各部件的材料，比國內(nèi)的冶金技術(shù)要高很多。

在金屬切削刀具領(lǐng)域，高速鋼刀具占有相當(dāng)比重(約50％)，其中麻花鉆、絲錐、立銑刀、齒輪刀具和拉刀主要用高速鋼制造。世界上生產(chǎn)高速鋼最多的三個(gè)工廠，依次為法國歐拉司蒂(Erasteel)廠，奧地利百祿鋼廠(Bohler)和日本日立金屬安來鋼廠(Yasugi)。而我國高速鋼發(fā)展還落后于這些國家，所以一些高精密的加工刀具只能從外國進(jìn)口。2.4從科研成果轉(zhuǎn)化看中國材料科學(xué)的發(fā)展一是科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力水平差。我國稀土資源占世界總儲(chǔ)量的80%，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70%，但其中的2/3以資源或初級(jí)產(chǎn)品的方式出口國外。因此，盡快將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢是我國工業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。二是新材料產(chǎn)品缺乏市場競爭力。例如我國鋼鐵產(chǎn)量已居世界前列，其中眾多的一般品種已經(jīng)供求平衡，甚至供大于求，但達(dá)到世界主要鋼鐵強(qiáng)國質(zhì)量水平的鋼材不足20%，每年仍需進(jìn)口1000多萬噸優(yōu)質(zhì)鋼材；另外，我國水泥產(chǎn)量已居世界首位，但高標(biāo)號(hào)水泥僅占總產(chǎn)量的17%；再者，我國高性能通用高分子材料與國外差距也較大，目前大量進(jìn)口，而工業(yè)領(lǐng)域主要用到的工程塑料更是難以滿足需求，預(yù)計(jì)通用高分子材料和工程塑料在本世紀(jì)前10年仍將存在巨大的缺口。第三，國防建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國計(jì)民生的關(guān)鍵新材料亟待開發(fā)，前瞻性新材料和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料研發(fā)能力不足。2002年超導(dǎo)材料、納米材料、信息材料等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域又有了新的研究成果，而這些成果多為發(fā)達(dá)國家所取得，我國在這些方面還存在較明顯的差距。比如目前在應(yīng)用上新興的碳纖維材料，世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國的臺(tái)灣省，日本的三家企業(yè)就占據(jù)了世界78%左右的產(chǎn)量。發(fā)達(dá)國家的碳纖維行業(yè)已逐步走向成熟。而我國只是從2001年10月才開始對碳纖維加大力度去研究發(fā)展，科技部決定設(shè)立碳纖維專項(xiàng)，當(dāng)年11月成立了專家小組。到了2005年碳纖維項(xiàng)目才被批準(zhǔn)為國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，獲得了寶貴的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)。2.5從材料相關(guān)企業(yè)看中國材料科學(xué)的發(fā)展近日，由湯森路透（ThomsonReuters）旗下智權(quán)與科學(xué)（IP&Science）事業(yè)群遴選出的2014年全球百大創(chuàng)新機(jī)構(gòu)（2014Top100GlobalInnovators）獲獎(jiǎng)名單新鮮出爐。其中最大的亮點(diǎn)之一是亞洲首度成為百大創(chuàng)新機(jī)構(gòu)名單中比重最高的發(fā)源地，有高達(dá)46家上榜。日本成為最大贏家，入選機(jī)構(gòu)達(dá)到39家。另外7家分布情況是：韓國4家，臺(tái)灣2家。這些著名的材料相關(guān)企業(yè)主要來自美國和日本，分別有3M公司，一個(gè)跨國集團(tuán)公司，生產(chǎn)的產(chǎn)品超過650000種，主要有粘合劑、研磨劑和層壓板。它在超過65個(gè)國家進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)營，在200個(gè)國家進(jìn)行產(chǎn)品銷售。康寧公司是特殊玻璃和陶瓷材料的制造商，基于160多年在材料科學(xué)和制程工藝領(lǐng)域的知識(shí)，康寧創(chuàng)造并生產(chǎn)出了眾多被用于高科技消費(fèi)電子、移動(dòng)排放控制、電信和生命科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)品的關(guān)鍵組成部分。還有成立于1802年的杜邦公司，目前在90多個(gè)國家和地區(qū)開展業(yè)務(wù)，產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋了添加劑與改性劑、服裝與面料、復(fù)合材料與中間層、顯示與照明材料、膜與薄膜、包裝材料、醫(yī)藥產(chǎn)品、塑料、高分子材料和樹脂等諸多行業(yè)。日本神戶制鋼所（簡稱KOBELCO）是世界500強(qiáng)之一，是日本第三大鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。也是日本頂尖的鋁產(chǎn)品和銅產(chǎn)品供應(yīng)商。Saint-Gobain是世界最大的材料集團(tuán)之一。它設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售的產(chǎn)品種類繁多，涉及建筑、交通、工業(yè)、食品貯存和太陽能利用等多個(gè)領(lǐng)域。此外，它還生產(chǎn)高性能塑料。而中國的材料相關(guān)企業(yè)并沒有在世界范圍內(nèi)特別突出的，并且在評選出來的百大創(chuàng)新機(jī)構(gòu)里面中國的材料企業(yè)無一入選。由此可以看出中國在創(chuàng)新企業(yè)方面相對美國、日本、德國、法國等發(fā)達(dá)國家還有很大的差距。3．結(jié)論從科研到生產(chǎn)和應(yīng)用分成5個(gè)部分：科研成果、科研條件和科研學(xué)者、相關(guān)技術(shù)、成果轉(zhuǎn)化和材料相關(guān)企業(yè)的發(fā)展分別論述了中國材料科學(xué)的發(fā)展，以及世界上其他一些材料科學(xué)實(shí)力突出的國家或者機(jī)構(gòu)的發(fā)展情況?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：從科研成果上看中國的材料科學(xué)科研水平還是處于世界先進(jìn)水平的，但是還和世界頂尖水平有一定差距。因?yàn)樵谄渌矫嬷袊牟牧习l(fā)展還有待提高，雖然在論文數(shù)量、材料產(chǎn)品的產(chǎn)量上處于領(lǐng)先水平，但是高精尖的產(chǎn)品還是比較少；相對突出的科學(xué)家和著名的實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)也較美國有一定差距；中國的材料創(chuàng)新性企業(yè)還比較少。所以究其實(shí)質(zhì)，與發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在著很大的差距。表現(xiàn)在：（1）創(chuàng)造性較差。除個(gè)別領(lǐng)域外，大多以仿制為主，具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果不多；尤其是很少有突破性的成果。（2）缺乏總體規(guī)劃。由于在新材料研發(fā)方面缺乏總體規(guī)劃，