第一情报 ---材料工业

全球新材料产业发展态势分析(二)

供稿人:卞志昕  供稿时间:2014-9-29   关键字:新材料  创新  
欧美开建多个材料创新中心

随着科技进步,人们不断追求性能卓越的新型材料,因此,欧美等国家对于材料的创新力度也不断加大。近年来,欧美等开始创建材料的创新中心和创新工厂,以求进一步加快新材料的开发。例如美国能源部为了促进技术向产业应用转移转化,从2010年开始设立了5个能源创新研究中心。2012年5月最新成立的“关键材料创新中心”是其中之一,其是基于能源部“关键材料战略”设立的。未来5年将投入1.2亿美元,开展“减量、替代、循环”(3R)研究。包括稀土等关键材料将从“战略政策”层面走向“研发执行”,由“分散式”研究转向建立研究实体的“集中式”研究。而英国则投入10亿英镑科技资金用于建立欧洲首个材料创新工厂。该材料中心将开发对能源、家庭和个人护理、制药、基因组学、食品饮料、油漆和涂料以及生物制造等行业至关重要的新材料。其最终将汇集来自多家高校及行业合作伙伴的研究人员,携手致力于这一新技术的开发。该项目将创建独特的,同时也是当前最先进的开放式设施,并开发新技术。该中心将为科学和工业界开发新一代功能材料,并且将使研发过程加快200倍。

欧洲新政促进新材料发展

在“欧洲2020”提出的“智慧增长、可持续增长、包容性增长”三大重点背景下,欧洲努力寻求发展绿色技术支持经济复苏,并推出了一系列政策扶持绿色产业。2012年7月,欧盟第七框架计划(FP7)“纳米科学、纳米技术、材料与新产品技术主题”2013年工作计划部署了12项优先项目,重点关注未来海洋、原材料、智能城市、水资源、抗微生物耐药性等方面的材料。其目标是使FP7技术向“地平线2020”计划平稳过渡,支撑欧洲经济复苏。9月,欧洲科研与创新理事会出台欧盟飞机制造业“2050战略研发创新议程”,通过整合飞机制造业的研发创新资源,集成纳米新材料技术、光电子技术和先进机械制造技术等,推进绿色航空航天技术的研究,到2050年实现欧洲航空业技术的根本性改变或技术突破。10月,德国联邦教研部宣布启动高科技战略原材料研究项目,经费达2亿欧元。项目将致力于开发高效利用并回收原材料的特殊工艺,从勘探、开采、加工、回收到替代,加强稀土、铟、镓、铂族金属等的回收,促进资源循环。

碳纳米半导体材料展现替代潜力,逐渐向实用化进发

第一代半导体硅材料在达到物理极限之前仍有一定发展潜力,通过改变材料和器件的结构,如绝缘体上硅技术、多栅极晶体管技术和三维IC技术等,硅基半导体仍然能在一定程度上维持摩尔定律的发展。基于多栅极晶体管技术的22 nm工艺已经进入了量产阶段,2013-2014年,硅基14 nm工艺产品将进入量产。

第二代半导体III-V族半导体材料目前在高频率晶体管领域应用较广泛,但作为逻辑电路晶体管材料仍然处于研究过程当中。III-V族半导体在集成电路中的实际使用可能将在2015-2018年间实现。

第三代半导体碳化硅、氮化镓等已经在功率半导体器件领域逐渐商业化,但碳化硅功率器件目前成本较高,性能还有待进一步优化。

碳材料仍是最有希望取代硅技术并且研究最热门的新型半导体材料。碳纳米管经过近二十年的研究发展,已经显露出一定市场化迹象,以IBM为代表的美国、日本、欧洲企业,研究机构和大学在采用与传统半导体工艺兼容的技术大规模制备碳纳米管晶体管方面已经取得了突破。

石墨烯在电子器件、光子器件、能源、复合材料等领域也得到广泛的应用研究。因制备石墨烯而获诺贝尔奖的科学家Novoselov率领的科学家团队在2012年对石墨烯的应用前景做出预测并勾勒了其未来的发展路线图。他们认为,石墨烯的电子和光子学应用有可能再2015年实现,而部分应用则可能要到2025-2030年才能实现。带隙问题、接触电阻问题,以及高质量低成本石墨烯的制备问题,仍然是巨大的挑战。


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