新材料是高新技術的重要組成部分，是高新技術發(fā)展的基礎和先導，也是提升傳統(tǒng)產業(yè)技術能級、調整產業(yè)結構的關鍵因素。新材料產業(yè)被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Σξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的產業(yè)，材料學的水平在很大程度上代表了一個國家的科技水平。日本十分重視新材料技術的發(fā)展，把開發(fā)新材料列為國家高新技術的第二大目標，日本材料企業(yè)在全球新材料產業(yè)中形成一枝獨秀的領先局面。日本機械制造工業(yè)長期保持世界先進水平與其發(fā)達的材料產業(yè)密不可分。

        日本評估的新材料領域有：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；用于電子產品的鎂合金，水力發(fā)電機組軸承用樹脂系復合材料、碳纖維復合材料，用于建筑、橋梁、船舶、汽車的超級鋼鐵材料；新光源材料有機EL、富勒烯、固體燃料電池材料、高溫超導材料、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孔電極材料等。

        日本在全球新材料中具有領先優(yōu)勢的有：精細陶瓷、碳纖維、工程塑料、非晶合金、超級鋼鐵材料、有機EL材料、鎂合金材料。其領先優(yōu)勢具體如下: 鋰電池隔板占比達50%，飛機及汽車用碳纖維占比達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鈦酸鋇占比80%，300mm太陽能電池半導體電路板占比達70%，有機EL材料占比達90%，聚乙烯醇膠卷占比達80%，用于燃料電池的氧化鋯占比達60%，用于汽車、電子的合成鎂氧占比達70%。在半導體材料領域，日本企業(yè)在全球新購半導體制造設備和生產半導體芯片的材料（高純度氟化氫、光刻膠和氟化聚酰胺），市場占有率超過了30%，穩(wěn)居在產業(yè)鏈上游。
 

 

        日本的材料學已成為先進技術，其中高精尖的三種材料技術：制造洲際彈道導彈噴管和殼體以及飛機骨架——高強度碳纖維材料；制造高性能主動相控陣軍用雷達的——寬禁帶半導體收發(fā)組件材料；制造新式渦輪發(fā)動機渦輪葉片的——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方向伸展，可以極大提升高溫高壓下的強度和抗蠕變性能。目前，全球領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家。第五代的TMS-162壽命接近1000小時壽命，相比于美國材料的使用壽命高達4倍。
 

 

        2）碳纖維由于質量輕、強度高而被軍工產業(yè)視為制造導彈、尤其是洲際彈道導彈的理想材料。在全球碳纖維生產制造廠家中，日本的東麗、東邦和三菱代表著世界的最高技術水平。日本東麗公司的T1000強度高達7060MPa，其拉伸模量達到284GPa，其技術指標遠超過美國IM9。而俄羅斯的YKH、BMH（拉伸強度2500～3000MPa）比世界上通用的T300大約要低1000MPa。日本碳纖維在技術、質量和規(guī)模上均處于世界領先地位。

        3）主動相控陣雷達的關鍵體現(xiàn)在一個個T/R收發(fā)組件上。T/R組由MMIC半導體晶片材料封裝而成，而半導體晶圓的晶體生長是整個AESA雷達關鍵的技術部分。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）未來可用于制造人工軟骨的高強度醫(yī)用凝膠，這種凝膠放入水中也不會溶解，并在干細胞治療中發(fā)揮重要作用。

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

        4）簡便、高效率、直接合成（硅石與酒精反應）硅化學產業(yè)的主要原料四乙氧基硅烷。

        5）通過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，使未來燃料電池的費用極大降低。

        6）與混合動力汽車驅動馬達中的釹磁石相比，稀土用量更少、磁力更強、新的磁石化合物NdFe12Nx。
 

        1995年，日本就制定了《科學技術基本法》，第二年開始實施為期5年的科學技術基本計劃。日本為推動循環(huán)經(jīng)濟，建立循環(huán)型社會，日本制定了一系列的相關法規(guī)，如《環(huán)境基本法》、《循環(huán)型社會形成推進基本法》、《資源有效利用促進法》、《綠色購入法》等，為新材料的研發(fā)、實用化起到了積極的推動作用。此外，日本的產官學合作體制（即產業(yè)界、政府和學術界合作的科技發(fā)展體制）在促進科研成果產業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。

        日本新材料政策目標是占有全球市場，特別是具有巨大市場潛力和高附加值的新材料領域，并且使其在短時間內實現(xiàn)專業(yè)化、工業(yè)化。日本政府發(fā)布的《日本產業(yè)結構展望2010》以新的戰(zhàn)略為指導，其中包括高溫超導、納米、功能化學、碳纖維、IT等新材料技術在內的10大尖端技術產業(yè)確定為未來產業(yè)發(fā)展主要戰(zhàn)略領域。

        日本內閣會議于2016年通過的《第五期科學技術基本計劃(2016-2020)》，日本政府未來5年將確保研發(fā)投資規(guī)模占GDP比例的4%以上。
 

        日本新材料領域全球遙遙領先，有其深層次的原因：

        1）日本十分重視新材料的基礎研究，特別是新材料方面的研究，為科學技術進步打下基礎，保證在尖端技術中發(fā)揮其主導作用。

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

        3）重視新材料方面的人才資源，日本認識到培養(yǎng)材料科學家和材料工程師的重要性，并不斷加以完善調整。

        4）日本在研究經(jīng)費方面給予大力支持，在新材料方面的研究開發(fā)費相當于大型工業(yè)技術研究開發(fā)費和海洋開發(fā)經(jīng)費。

        5）建立新的材料研究體制方式，采取產學結合或企業(yè)間合作的體制。產官學合作體制發(fā)揮極為重要發(fā)動機作用，并且日本政府處于主導地位。

        總之，日本在新材料行業(yè)發(fā)展上值得借鑒的幾個方面：首先，日本獨特的“產官學”合作體制推動科研成果高效轉化；其次，政府在產業(yè)化過程中提供稅收優(yōu)惠及研究經(jīng)費支持；再次，建立產業(yè)聯(lián)盟來推進上下游協(xié)作、實現(xiàn)高質量增長；最后，日本的商社文化、產融結合為日本新材料企 業(yè)提供了成長的肥沃土壤。

參考資料：