中国科学院在材料科学领域的研究能力是毋庸置疑的。根据中国科学研究评价中心的研究结果,中科院在材料科学领域已属世界一流水平。
早在2009年,中科院的材料科学学科 竞争力就已经位列全球所有大学和研究机构首位。这也是理财周报材料科学本期重点关注中科院旗下材料科学相关研究所的原因。
本文重点探索的,是中科院位于华东地区的两大材料科学研究基地。分别是坐落在上海市长宁区定西路1295号的中科院上海硅酸盐研究所以及坐落在浙江省宁波市镇海区庄市大道519号的中科院宁波材料技术与工程研究所。
根据多名业内人士介绍,这两大所都有一个共同的特点:新材料的研发做得出色,同时特别注重新材料的产业化。不过,相对而言,前者更注重航天军工方面的材料,后者则注重汽车等民用轻量化新材料。
中科院上海硅酸盐研究所
东经121°2520,北纬31°1259。
这里便是中科院上海硅酸盐研究所的所在地—上海市长宁区定西路1295号。在业内,这里是最知名的材料科学研究基地之一,尤其是在无机非金属材料的研究领域。
中国科学院上海硅酸盐研究所渊源于1928年成立的国立中央研究院工程研究所,经五十多年的发展,上海硅酸盐研究所已成为一个以基础性研究为先导,以高技术创新和应用发展研究为主体的无机非金属材料综合性研究机构。
研究人员方面,该所目前拥有职工691人,科研技术人员493人,中国科学院院士2名:严东生和郭景坤;中国工程院院士3名:严东生、丁传贤和江东亮,其中严东生为两院院士。
实验室方面,该所拥有高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室、中国科学院特种无机涂层重点实验室、中国科学院能量转换材料重点实验室(上海无机能源材料与电源工程技术研究中心)、结构陶瓷工程研究中心(复合材料研究中心)、中国科学院透明光功能无机材料重点实验室(人工晶体研究中心)、中国科学院无机功能材料与器件重点实验室、古陶瓷与工业陶瓷工程研究中心(古陶瓷科学研究国家文物局重点科研基地)、生物材料与组织工程研究中心、无机材料分析测试中心和信息情报中心等9个重点实验室和研发中心。
上海硅酸盐研究所学科方向是先进无机材料科学与工程,主要研究领域涵盖了人工晶体、高性能结构与功能陶瓷、特种玻璃、无机涂层、生物环境材料、能源材料、复合材料及先进无机材料性能检测与表征等,是该领域科学研究单位中门类最为齐全的研究所。
其中,陶瓷和晶体是该所无机非金属材料两大重要领域。“结构/功能一体化材料、能源与环境材料、生物医用材料以及超微结构与计算科学是我们实验室的几个主要研究方向。”该所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室一位副主任表示。
研究成果方面,该所可谓硕果累累:历年来,累计取得科技成果937项,获得国家、中国科学院、上海市等省部级以上各类科技奖项387项,其中国家发明奖26项,国家自然科学奖7项,国家科技进步奖13项。历年来申报专利1451项,批准专利625项。
“中国科学院上海硅酸盐研究所在无机非金属方面不但研发能力出色,更为重要的是该所在把技术转化为产品并进行产业化方面结合得非常好。”清华大学材料科学与工程学院一位老师对记者表示。
这并非一家之言。记者与多名材料科学领域专家交流得知,中科院上海硅酸盐研究所不但研发能力首屈一指,而且在产业化方面做得也是非常出色。
“我们所最出名的可能就是BGO晶体,这个在嘉定园区有产业化,前几年销量蛮好。”该所一位研究员表示。
不久前,上海硅酸盐研究所中试生产一线科技人员在成功制备出第一根650mm长BGO毛坯晶体的基础上,通过对晶体生长设备的创新设计和工艺的持续优化,实现了超长BGO晶体产业化制备技术的重大突破,单炉次产能提升10余倍(达22根/炉),平均生长成品率超过80%,在极短的周期内为中国空间暗物质探测卫星(DAMPE)项目提供了320根25×25×600mm3的成品晶体,同时申请了生长设备和方法的发明专利,实现了真正意义上研究与开发项目的成功和技术上的突破。
根据上述研究员介绍,上海硅酸盐研究所与国内大企业共建6个联合研发中心,与地方政府新建7个创新平台;实现16项技术转移;正在进行54个联合研发项目;向地方政府派出科技副职2名,科技特派员10名。2010年总计实现社会经济效益28.4亿元人民币,实现利税5亿元人民币,累计出口创汇9376万美元。
“无机非金属材料从研发到实现产业化是一个非常漫长和艰辛的过程,可能并不像外界看起来的那样轻松。”上海硅酸盐研究所项目主管李懋峰表示,“目前我们在产业化方面做得最好的是航空航天和军工方面的无机非金属材料,此外是新能源、环境治理、与人类健康等相关的材料。”
“如新能源方面的中温平板型固体氧化物燃料电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池、碲化镉薄膜太阳能电池;环境治理方面的汽车尾气与工业废热用热电转换材料与器件、高性能环保自清洁涂料、人类健康方面的人工关节生物涂层等都是我们目前在重点研发的材料和项目。”李懋峰主管向记者介绍,“以汽车尾气与工业废热用热电转换材料与器件为例,近年来,中科院上海硅酸盐研究所在中高温和中低温热电发电和制冷材料研究方面取得了许多国际领先水平的成果,研发出一系列面向工业化应用的新型高性能热电转换材料,产品性能居于世界先进水平,目前正与上海汽车集团、美国CORNING公司等知名公司开展合作研究。”
与此同时,上海硅酸研究所积极开展国际领域方面的合作与交流,与美国、德国、英国、法国、日本、韩国等国的研究机构签署各类合作协议和备忘录达90项;与德国马普建立2个青年合作伙伴小组,与日本索尼公司和美国康宁公司建立联合实验室;2010年应美国能源部邀请成功加入国际能源署“针对交通运输应用的先进材料研发实施协议”(AMT-IA);丁肇中、李政道和根安英—等3位诺贝尔奖获得者先后来所讲学和访问;与欧洲核子中心、美国加州理工大学、美国GE公司、日本KEK高能所等就高技术闪烁晶体在高能物理与核医疗设备应用等项目开展合作与交流等等。
中科院宁波材料技术与工程研究所
东经121°3810,北纬29°5535。
这是另外一个材料科学一流研究基地—中科院宁波材料技术与工程研究所的所在地:浙江省宁波市镇海区庄市大道519号。
中科院宁波材料技术与工程研究所位于宁波市高教园区北区,是中科院在浙江省建立的首家国立研究机构。在中科院100多家直属单位中,宁波材料所历史并不算特别悠久,但建所后发展迅速。
该所先后组建了磁性材料与先进机电装备、高分子复合材料、功能材料与纳米器件、表面工程与再制造、燃料电池与能源技术、特种纤维6个事业部,注重基础研究推动技术开发、促进产业化。
“材料科学的范畴非常大,在中科院的100多家下属机构中,只要是与物理、化学研究相关的机构几乎都有涉及新材料的研究。”中科院宁波材料技术与工程研究所韦玮主任对记者表示,“具体到高分子材料这一块,除了我们所,上海硅酸盐研究所、长春应用化学研究所等好几个所的高分子材料研究都做得非常好。”
科研成果方面,宁波材料所目前在PNAS、Advanced、Materials、JACS、Macromolecules等刊物中共发表论文535篇,其中SCI和EI收录论文315篇;获授权发明专利27项,申请发明专利319项。
同时,宁波材料所非常注重研究成果的产业化。目前,该所已经与宁波镇海国创公司、宁波金鸡公司、宁波欧琳集团、德州精密电子有限公司等28个企业联合建立了工程技术中心。目前,通过几年的努力,已在固体氧化物燃料电池、稀土永磁材料、超临界绿色发泡聚丙烯、低成本热塑性聚酰亚胺、高性能润滑DLC薄膜材料、新型电流变液材料、碲化铋基热电致冷材料、磷酸铁锂电池材料等一系列研究已经逐步完成从实验室小试向中试、产业化阶段的转化,正在积极进行市场推广。
2009年,中科院、浙江省、宁波市启动该所二期建设,共建中国科学院宁波工业技术研究院,该院下设技术与工程研究所、新能源技术研究所、先进制造技术研究所等3个研究所。二期建设总投资规模约7.6亿元,将建成包括55000m2的科研及辅助用房、5000m2的育成中心用房、20000m2的研究生、博士后与流动公寓及教育培训用房基地用房共计80000m2的总建筑。
据悉,高分子复合材料是中科院宁波材料技术与工程研究所研究的重中之重,也是该所未来五年中科研工作的首要研究领域。
“宁波所对复合材料方面的研究,主要是在下设的先进制造技术研究所。”中科院宁波材料技术与工程研究所复合材料制造与装备团队负责人范欣愉对本报记者表示,“先进制造技术研究所原来依附于高分子与复合材料事业部,2009年独立建所,重点研究方向是汽车等民用工业中使用的轻量化复合材料。”
在研究团队方面,先进制造技术研究所目前共有科研队伍120余人,其中旗舰研究员3人,研究员9人,副研究员5人,高级工程师3人,博士或工程师等硕士以上科研人员55人,研究生30人,重点开展的研究方向是复合材料制造工艺及装备、精密运动与先进机器人和光电陶瓷材料及器件等。
仅在2012年,先进制造技术研究所便申请了“纤维复合材料开孔制件的补强片、连续纤维增强PBT复合材料用树脂传递模塑成型注胶机、减少纤维增强热塑性复合材料表面缺陷的方法”等51项专利。
范欣愉博士进一步介绍,“复合材料制造工艺及装备团队目前主要从事车用碳纤维复合材料RTM制造技术研发、工业机械手及机器人技术、装备智能化升级、可重构制造装备技术、自动化生产线等民用轻量化复合材料的研究。目前复合材料方向承担的重点项目包括中科院电动车复合材料行动计划,制造装备走向智能化、数字化和网络化,宁波市自然科学基金,与企业共建的华缘复合材料工程中心等。”
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