日本新材料產(chǎn)業(yè)為何能稱雄全球？
發(fā)布時間：2022-02-12 09:19
日本，位于東亞，是世界上經(jīng)濟十分發(fā)達的國家。日本國土由7200多個小島及北海道、本州、四國、九州四大島組成，總面積37.8萬平方千米。主要民族為大和族，總?cè)丝诩s1.26億。2019年，日本經(jīng)濟總量為5.18萬億美元（IMF數(shù)據(jù)），排名世界第三，超過德國、印度、英國，是法國的1.87倍；日本人均GDP為40802美元（IMF），甚至是咱們10121美元的約4倍左右。雖然日本經(jīng)濟發(fā)展停滯了20年，但其科技水平及科技實力上仍然是十分強大的，特別是某些領(lǐng)域其實力水平仍然處于世界領(lǐng)先。
下面介紹一下日本新材料產(chǎn)學(xué)研政的現(xiàn)狀。
日本的10大新材料政策和代表性企業(yè)
日本政府曾經(jīng)發(fā)布過《日本產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)展望2010》的報告以新成長戰(zhàn)略為指導(dǎo)，將包括：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)確定為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要戰(zhàn)略領(lǐng)域，就相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)狀和問題、發(fā)展方向進行了分析，并提出了相應(yīng)的行動計劃。
新材料產(chǎn)業(yè)，被國際上認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Σξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的產(chǎn)業(yè)。日本是新材料生產(chǎn)技術(shù)最先進的國家。日本政府十分重視新材料技術(shù)的發(fā)展，重點把開發(fā)新材料列為國家高新技術(shù)的第二大目標，因此，日本材料企業(yè)在全球新材料產(chǎn)業(yè)界形成一枝獨秀領(lǐng)先局面。日本內(nèi)閣會議于2016年1月22日審議通過了《第五期科學(xué)技術(shù)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(chǎn)業(yè)密不可分。比如日本在新材料占有率方面，日本的新材料產(chǎn)業(yè)憑借其超前的研發(fā)優(yōu)勢、研發(fā)成果、實用化開發(fā)力度，在環(huán)境、新能源材料全球市場占據(jù)絕對的優(yōu)勢地位。日本擁有了全球領(lǐng)先的代表性新材料企業(yè)：比如京瓷株式會社；三井化學(xué)株式會社(Mitsui Chemicals)等；重要的是日本還擁有了享譽世界的代表性大學(xué)：1.東京大學(xué)。東京大學(xué)共培養(yǎng)了十六名總理大臣、二十一名(日本)國會議長，十三名富比世500大企業(yè)首席執(zhí)行官。十一名諾貝爾獎得主、六名沃爾夫獎得主、一名菲爾茲獎、三名羅伯·柯霍獎、四名蓋爾德納國際獎及四名普立茲克建筑獎得主。2.名古屋大學(xué)。是一所日本頂尖、世界一流的著名研究型國立綜合大學(xué)，是日本中部地區(qū)最高學(xué)府。根據(jù)2018QS世界大學(xué)排名顯示，名古屋大學(xué)世界排名第116名。截止目前，名古屋大學(xué)共培養(yǎng)出6名諾貝爾獎得主、1名菲爾茲獎得主。日本的材料學(xué)已成為最頂尖技術(shù)。材料學(xué)的水平將極大程度決定了一個國家的最高科技水平。比如最先進的裝甲車必需優(yōu)質(zhì)材料；最先進的導(dǎo)彈之外殼必須采用極優(yōu)質(zhì)材料。特別是飛機發(fā)動機葉片更需要出色而優(yōu)異的新材料。再比如最高精尖的軍用雷達半導(dǎo)體元器件也需要優(yōu)中選優(yōu)的材料。 在新材料方面，日本已經(jīng)遠遠領(lǐng)先最發(fā)達國家美國非常大的身位，剩下的包括俄羅斯及歐洲發(fā)達國家之類也和日本遠遠不在一個檔次。比如在最高精尖的三種材料技術(shù)方面：制造洲際彈道導(dǎo)彈噴管和殼體以及飛機骨架——高強度碳纖維材料；制造最高性能主動相控陣軍用雷達的——寬禁帶半導(dǎo)體收發(fā)組件材料；制造最新式渦輪發(fā)動機渦輪葉片的——高性能單晶葉片。
日本在這三種頂級科技方面遙遙領(lǐng)先，讓地球上其他國家望其項背。首當其沖的是——最新型渦輪發(fā)動機葉片的五代單晶材料。由于渦輪葉片工作環(huán)境非常惡劣，需要極度高溫高壓之下仍然保持數(shù)萬轉(zhuǎn)的極高轉(zhuǎn)速，因此，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。當今科技最優(yōu)的解決手段就是讓晶體約束朝一個方向伸展，相比于常規(guī)材料來說無晶界，這樣就大大提升高溫高壓下的強度和抗蠕變性能。世界上單晶材料共有五代。越到最后一代，就越根本看不到老牌發(fā)達國家美國和英國的影子，軍事超級大國俄羅斯更不在話下。假如四代單晶還有法國能夠勉強支撐的話，而第五代單晶技術(shù)水平就只能是日本的天下。因此，全球最頂級的單晶材料就是日本研發(fā)的第五代單晶TMS-162/192，日本已成為全球唯一一個能制造第五代單晶材料的國家，在世界市場上具有絕對的話語權(quán)。再拿美國F-22和F-35使用的F119/135發(fā)動機的渦輪葉片材料CMSX-10三代高性能單晶作為對比，通過比較數(shù)據(jù)如下，三代單晶的經(jīng)典代表CMSX-10的抗蠕變性能是：1100度，137Mpa，220小時。這已是西方發(fā)達國家最頂級水平了。
反觀日本，其第五代的TMS-162，在相同條件之下，第五代的TMS-162壽命高達959小時，甚至于接近1000小時壽命，相比于美國材料的使用壽命高達4倍有余，令人震撼。再比如世界傳統(tǒng)材料學(xué)和發(fā)動機技術(shù)的歐洲最頂尖水平公司——英國著名的發(fā)動機公司羅爾斯·羅伊斯（RR），也是歐洲最大的航空發(fā)動機企業(yè)，旗下產(chǎn)品包括航空發(fā)動機、船舶發(fā)動機以及核動力潛艇的核動力裝置，其中航空發(fā)動機是世界久負盛名的拳頭產(chǎn)品，它研制的各種航空發(fā)動機廣為世界民用和軍用飛機所采用。即使這樣一家全球技術(shù)最頂尖公司，在日本的新材料面前只能選擇膜拜及臣服。英國RR甚至于大批進口日本的單晶材料用于制造自己的世界先進的Trent渦輪風扇發(fā)動機。日本的新材料技術(shù)，讓很多國家離不開它，離開了就寸步難行，要么使用性能差一點的材料去替代，而對于追求品質(zhì)的歐洲發(fā)達國家根本不現(xiàn)實，寧愿去花大價錢買日本的新材料，這樣用的放心也省心，因為十分“恐怖”的使用壽命放在那里。其次是日本領(lǐng)先世界的碳纖維材料。碳纖維由于質(zhì)量輕，強度高而被軍工產(chǎn)業(yè)視為制造導(dǎo)彈、尤其是最頂尖洲際彈道導(dǎo)彈的最理想材料。比如美國的“侏儒”導(dǎo)彈是美國的小型固體洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈，能夠在公路上機動，以提高導(dǎo)彈的射前生存能力，主要用來打擊導(dǎo)彈地下井。該導(dǎo)彈也是目前世界上最早采用全程制導(dǎo)的洲際戰(zhàn)略導(dǎo)彈，其中用到了日本的新材料及技術(shù)。
比如美國的“三叉戟II”D-5型潛射導(dǎo)彈，是由洛克希德?馬丁公司研制。該彈1990年服役，主要裝備了“俄亥俄”級核潛艇，每艇載彈24枚，曾經(jīng)是世界上最先進的潛射彈道導(dǎo)彈?！叭骊狪I”D-5，射程更遠，命中精度更高。每枚導(dǎo)彈最多可載12枚分導(dǎo)式彈頭，后來根據(jù)美俄間的協(xié)議，改為限載8枚，可分別攻擊8個目標，采用星光慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。它打擊諸如地下導(dǎo)彈發(fā)射井、加固的地下指揮所等堅固目標的能力要比“三叉戟I”導(dǎo)彈提高3至4倍，因而被譽為美海軍戰(zhàn)略核力量的“驕子”。此導(dǎo)彈采用了日本的新復(fù)合材料。再比如法國M51的新式洲際彈道導(dǎo)彈，M51潛射彈道導(dǎo)彈曾經(jīng)是法國原子能軍需事務(wù)局和法國原子能總署研制的新一代戰(zhàn)略核導(dǎo)彈。導(dǎo)彈上安裝電力噴嘴調(diào)節(jié)器、慣性制導(dǎo)與天文制導(dǎo)系統(tǒng)，展開式減阻帽能夠降低發(fā)射后的空氣阻力;它的整流罩由復(fù)合碳基材料制造。至少到2030年，以M51導(dǎo)彈為主體的海基核力量將成為法國核力量的主體，可鞏固法國在歐洲防務(wù)獨立中的領(lǐng)導(dǎo)地位。法國的導(dǎo)彈同樣采用了日本的復(fù)合新材料。筆者想提醒的是，以上先進的戰(zhàn)略導(dǎo)彈無一例外都采用碳-碳和碳-樹脂復(fù)合材料用于制造洲際導(dǎo)彈的殼體和噴管。在這項技術(shù)上日本同樣是世界領(lǐng)先水平。碳纖維主要分為兩類：高強度和高拉伸模量。比如日本東麗公司的T1000強度高達7060mpa，其拉伸模量在高強度碳纖維中也非常高（甚至達到了284Gpa），這些技術(shù)指標都遠遠超過了美國IM9的最高水平。
纖維有機復(fù)合材料，在當今飛機上獲得了十分廣泛的應(yīng)用。軍事大國俄羅斯對于這種材料的研究及應(yīng)用時間要晚一些，基本上是在上世紀70年代才開始開始研發(fā)的。前蘇聯(lián)國家石墨結(jié)構(gòu)材料研究所、前蘇聯(lián)聚合物纖維研究所，全俄航空材料研究院，能夠生產(chǎn)出拉伸強度2500～3000MPa、拉伸模量250GPa的高強度碳纖維，以及模量400～600GPa的高模量碳纖維。此后，又研發(fā)出4000～5000MPa的中模量碳纖維。雖然如此，俄羅斯的碳纖維產(chǎn)品在性能及水平上仍然遠不如日本的技術(shù)水平先進。從高強度纖維產(chǎn)品觀察，俄羅斯的YKH、BMH比世界上通用的T300大約要低1000Mpa。俄羅斯高模量纖維400～600GPa差不多與日本M40J、M60J相近。但是在中模碳纖維方面與美國的T800H及T1000G有一定技術(shù)差距，在模量相同的條件下，美國的強度大約高出 500～1000MPa。綜上所述，俄國人制造出最強的水準在5000mpa之內(nèi)封頂，和日本美國完全不在一個檔次上，而且這還是俄羅斯的實驗室的水平。在全球碳纖維生產(chǎn)制造廠家中，日本擁有著名的東麗、東邦和三菱3家頂尖公司，他們代表了世界最頂級技術(shù)水平。
中國在碳纖維的質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國外差距是很大的，特別是高性能碳纖維技術(shù)完全被歐美發(fā)達國家所壟斷甚至封鎖。我們雖經(jīng)過多年研發(fā)及試生產(chǎn)，至今尚未掌握高性能碳纖維的最核心技術(shù)，所以碳纖維要實現(xiàn)國產(chǎn)化仍然需要時間。值得一提的是，我們的T800級別的碳纖維曾經(jīng)只能在實驗室里生產(chǎn)。而日本技術(shù)遠超T800及T1000碳纖維早已占領(lǐng)市場并大量制造了。實際上，T1000還只是日本東麗在80年代的制造水平。由此可見，日本在碳纖維領(lǐng)域的技術(shù)至少要領(lǐng)先其他國家20年以上。
再次是軍用雷達上使用的獨領(lǐng)風騷的新材料。 主動相控陣雷達的最關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在一個個T/R收發(fā)組件上。特別是AESA雷達都是由數(shù)千個收發(fā)組件單元組建成的一臺完整的雷達。而T/R組件往往是由最少一個，最多4個MMIC半導(dǎo)體晶片材料封裝而成。這個芯片是將雷達的電磁波收發(fā)組件集成起來的一個微型電路，不但負責電磁波的輸出，同時也負責接收。這個芯片就是在整個半導(dǎo)體晶元上蝕刻出電路來的，因此，這個半導(dǎo)體晶圓的晶體生長是整個AESA雷達最關(guān)鍵的技術(shù)部分。比如美國F-35的諾斯羅普.格魯曼公司的APG81雷達的MMIC芯片，其中APG81雷達就是由數(shù)千個一模一樣的這樣的MMIC芯片組成。這個芯片是以GaAs為基體蝕刻構(gòu)成的。
GaAs材料由于其禁帶過窄，擊穿電壓過低，往往發(fā)射功率上不去。因此，極需要新一代寬禁帶的半導(dǎo)體材料，這個材料就是GaN材料。GaN材料的晶體生長十分困難，當今世界只有日本率先攻克了GaN薄膜的大規(guī)模制造工藝，其他國家仍然在摸索之中。日本日亞化工是在1994年攻克了GaN材料成核生長關(guān)鍵技術(shù)，此后，P型GaN又采用退火技術(shù)加以實現(xiàn)，最終GaNled研制成功。通過外延技術(shù)的提升，GaNLED的內(nèi)量子效率大大提升，結(jié)合粗化、倒裝、PSS襯底等提高光輸出效率的技術(shù)，GaN基LED已廣泛應(yīng)用在汽車燈具、全彩顯示、交通信號燈、液晶背光、室內(nèi)照明和路燈照明等領(lǐng)域，半導(dǎo)體照明已家喻戶曉。事實上，絕大多數(shù)GaN基LED都是采用價格相對低廉的藍寶石為襯底材料制備。但是，藍寶石襯底與GaN材料有高達17%的晶格失配度，如此大的晶格失配往往造成很高的位錯密度，導(dǎo)致GaNLED中的非輻射復(fù)合中心增多，限制了其內(nèi)量子效率的進一步提升。SiC襯底與GaN材料的晶格適配度只有3%，遠小于藍寶石襯底與GaN材料間的晶格適配度，所以在SiC襯底上外延生長的GaN材料的位錯密度會更少，晶體質(zhì)量會更高，同時SiC的熱導(dǎo)率（4.2W/cm.K）遠大于藍寶石，有利于器件在大電流下工作。
但是SiC襯底的制備難度較高，外延生長GaN的成核也具有一定難度。因此，SiC襯底上制備GaNLED的技術(shù)僅限于以美國CREE為代表的少數(shù)掌握SiC襯底囗制備技術(shù)的公司手中。值得一提的是，美國Cree公司生產(chǎn)的GaNLED封裝成白光后，流明效率已經(jīng)超過200lm/W，遠超世界上其他同行廠家。美國由于無法大規(guī)模制造SiC基體的GaN材料，因此，只能反過來求助于日本。根據(jù)專家預(yù)測，下一代美國的雷達的材料將會是“日本制造”。世界LED產(chǎn)業(yè)上游大公司美國Cree曾經(jīng)表示，公司已與日本三菱化學(xué)簽訂獨家授權(quán)合約。根據(jù)雙方協(xié)議，日本三菱化學(xué)將可制造、販賣獨立的氮化鎵（GaN）基板，并有權(quán)簽訂類似專利范圍的再授權(quán)協(xié)議。日本三菱化學(xué)光電事業(yè)部門總經(jīng)理Yasuji Kobashi在聲明中指出，上述授權(quán)合約可望幫助該公司在光電產(chǎn)品領(lǐng)域中拓展氮化鎵基板業(yè)務(wù)。實際上，美國的F-22的雷達采用日本技術(shù)已非秘密。早在90年代初，日本率先攻克了GaAs晶圓的生長工藝后，自然會造成逼著美國購買日亞化工的GaAs晶圓技術(shù)用來制造F-22的 APG77雷達。也正是日本日亞化工對美國的半導(dǎo)體材料進行的技術(shù)許可和轉(zhuǎn)讓，才讓美國在90年代后半期技術(shù)大幅提升，從而利用軍用雷達的AESA革新遙遙領(lǐng)先世界其他國家。
新材料是高新技術(shù)的重要組成部分，又是高新技術(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，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。新材料產(chǎn)業(yè)被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Σξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的產(chǎn)業(yè)。值得一提的是，世界發(fā)達國家在爭奪高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點中，都把新材料產(chǎn)業(yè)放到非常重要的戰(zhàn)略地位來優(yōu)先發(fā)展。日本是全球新材料生產(chǎn)技術(shù)最先進國家 ，日本政府高度重視新材料技術(shù)的發(fā)展，尤其把開發(fā)新材料列為國家高新技術(shù)的第二大目標。
在高端材料產(chǎn)業(yè)化上再發(fā)力
日本傳統(tǒng)的機械制造工業(yè)之所以能夠長期保持全球領(lǐng)先水平，與日本發(fā)達的材料產(chǎn)業(yè)密不可分。由于中國等新興國家的材料產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，日本很早就未雨綢，在高端材料的實用化開發(fā)再次加快步伐。比如日本機械工業(yè)聯(lián)合會早在2007、2008年發(fā)表的“新材料現(xiàn)狀與工業(yè)化調(diào)查”，并且對先進材料技術(shù)的種類、特性、應(yīng)用可能性及工業(yè)化前景等進行評估，日本評估的新材料領(lǐng)域包括: 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，廣泛用于電子產(chǎn)品的鎂合金，用于水力發(fā)電機組軸承的樹脂系復(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(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孔電極材料等。日本新材料政策目標是占有全球市場，因此，日本選擇的重點是市場潛力巨大和高附加值的新材料領(lǐng)域，并且日本在盡量短的時間內(nèi)加快專業(yè)化、工業(yè)化進程。日本在全球新材料目標明確且已保持領(lǐng)先優(yōu)勢的領(lǐng)域有: 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。
日本新材料產(chǎn)業(yè)，憑借其超前的研發(fā)優(yōu)勢、研發(fā)成果、實用化開發(fā)力度，在環(huán)境、新能源材料全球市場占有絕對的優(yōu)勢地位。值得一提的是，全球多數(shù)工業(yè)化國家已針對節(jié)能減排，應(yīng)對氣候變化問題達成基本共識，并積極推動建立減少污染、資源可回收利用的循環(huán)型經(jīng)濟模式，制定經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展政策措施，無疑為新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了巨大市場潛力空間。日本新材料的領(lǐng)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(dǎo)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%?？梢姡毡驹谛虏牧袭a(chǎn)業(yè)方面是一個令人震撼的對手。日本的產(chǎn)官學(xué)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(dǎo)地位。1995年，日本就制定了《科學(xué)技術(shù)基本法》，第二年開始實施為期5年的科學(xué)技術(shù)基本計劃。日本為了推動循環(huán)經(jīng)濟，建立循環(huán)型社會，日本還制定了一系列相關(guān)法規(guī)，比如《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)、實用化起到了十分積極的推動作用。日本的產(chǎn)官學(xué)合作體制，實際上就是產(chǎn)業(yè)界、政府和學(xué)術(shù)界合作的科技發(fā)展體制在促進科研成果產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。日本十分重視新材料的基礎(chǔ)研究，日本為了給未來的科學(xué)技術(shù)進步打下基礎(chǔ)，以保證在今后的尖端技術(shù)中發(fā)揮其主導(dǎo)作用，日本認識到基礎(chǔ)研究的重要性，特別是新材料方面的研究。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。其中，特別是對新材料的研究，日本給予相當?shù)闹匾暋?/span>日本十分重視新材料方面的人才資源，日本認識到培養(yǎng)材料科學(xué)家和材料工程師的重要性，認為現(xiàn)有的大學(xué)中許多課程遠遠滿足不了當前培養(yǎng)高級科技人才的需要，不斷加以完善調(diào)整。因此，日本為了發(fā)展新材料所需的資源業(yè)采取以下重點政策:
日本在研究經(jīng)費方面給予大力支持。1985年，日本政府在新材料方面的研究經(jīng)費預(yù)算金額共計為7,810百萬日元，占科學(xué)技術(shù)振興費的2.04%。日本政府在新材料方面的研究開發(fā)費相當于大型工業(yè)技術(shù)研究開發(fā)費(7,698百萬日元)和海洋開發(fā)經(jīng)費(7,984百萬日元)。比太陽能、地熱能、氫能等新能源的開發(fā)研究費3,022百萬日元高50%以上、比電子計算機產(chǎn)業(yè)的研究開發(fā)費4,779百萬日元高38.7%。為促進新材料的發(fā)展，日本甚至采取歐美各國所采取的在稅制上支持的政策。對研究經(jīng)費的增加額減稅20%，減稅限額最多只能相當于所得稅的10%，對新材料試驗研究費的稅收，若有理由延期繳納，可延至任何時候償還。對新材料的開發(fā)投資減稅10%。日本的新材料研究體制采取了新方式。日本企業(yè)對新材料的開發(fā)采取產(chǎn)學(xué)結(jié)合或企業(yè)間合作的體制。產(chǎn)學(xué)結(jié)合就是企業(yè)與學(xué)校結(jié)合，1984年大學(xué)和住友電公司就開發(fā)新材料方面進行合作研究，成功地開發(fā)出瞬時合成燒結(jié)精細陶瓷的方法。在競爭劇烈的時代，日本很多企業(yè)認識到，為了縮短開發(fā)周期，為了企業(yè)的生存，應(yīng)共同進行研究，共同生產(chǎn)。近年來日本新材料不斷出現(xiàn)重大科學(xué)進展，比如：
1、日本開發(fā)出世界上最耐熱的生物塑料、高強度醫(yī)用凝膠和更節(jié)省稀土的磁石制造技術(shù)。2、日本北陸先端科技大學(xué)院與筑波大學(xué)的研究人員利用轉(zhuǎn)基因大腸菌制造出具有堅硬構(gòu)造的桂皮類物質(zhì)，并使用光化學(xué)手段對其進行加工，成功制造出世界上最耐熱的生物塑料。該物質(zhì)有望在未來成為汽車和電器零部件中金屬和玻璃的替代品。3、日本東京大學(xué)的研究人員成功開發(fā)出一種即使放入水中也不會膨脹的高強度醫(yī)用凝膠，這種物質(zhì)未來可用于制造人工軟骨等醫(yī)療器材，并在干細胞治療中發(fā)揮重要作用。4、日本立命館大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種低費用的深紫外發(fā)光體，該發(fā)光體使用LED光源，未來作為殺菌處理的新型光源代替目前使用的水銀燈。5、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的研究人員用沙子的主要成分硅石與酒精進行反應(yīng)，成功制出了硅化學(xué)產(chǎn)業(yè)的主要原料四乙氧基硅烷。這種新技術(shù)不但效率高，而且由于是直接合成，也相對簡便，對未來的硅化學(xué)產(chǎn)業(yè)可能產(chǎn)生重大影響。6、日本九州大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新工藝，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的使用量，達到目前的十分之一。這項成果的出現(xiàn)意味著未來燃料電池的費用可能會大大削減。
7、日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)的研究人員成功合成一種新的磁石化合物NdFe12Nx，這種新型磁石與目前在混合動力汽車驅(qū)動馬達中使用的釹磁石相比，使用的稀土量更少，而且具備更優(yōu)良的磁力特性。再說一下日本壟斷全球半導(dǎo)體材料的過程。日本是全球半導(dǎo)體材料的制造大國。在1970-1980年時期，日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入了興盛期，半導(dǎo)體存儲尤其是DRAM(即電腦內(nèi)存)成為了日本第一產(chǎn)業(yè)，日本甚至把曾經(jīng)的霸主美國被拉下馬。在1986年，日本半導(dǎo)體芯片占世界份額高達40%，特別是在DRAM領(lǐng)域最高占據(jù)了80%市場份額。當時，英特爾主營正在從DRAM轉(zhuǎn)移到CPU，CPU尚未成為引領(lǐng)行業(yè)的產(chǎn)品，所以，世界半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)的重心逐漸傾向日本。日本半導(dǎo)體材料和設(shè)備伴隨日本半導(dǎo)體芯片的崛起成為全球一支極為強勢力量。索尼公司創(chuàng)始人盛田昭夫和井深大花在1955年花費2500美元，從AT&T下屬的貝爾實驗室購買到晶體三極管的專利許可，開始制造半導(dǎo)體收音機，從而日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始起步。相對于CPU，DRAM的結(jié)構(gòu)比較簡單，且門檻低，日本幾乎稍有點實力的公司都爭相擠入。在日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最高峰時期，不但有NEC老牌半導(dǎo)體廠商，也有家電出身體的松下和鋼鐵巨頭新日鐵。尤其是新日鐵，主業(yè)和半導(dǎo)體沒有半毛錢關(guān)系，但也要來分一杯羹，不僅搶DRAM蛋糕，甚至連半導(dǎo)體材料也不放過，但2003以失敗退出后，2009年再次進入碳化硅晶圓領(lǐng)域，期望在功率半導(dǎo)體底板材料領(lǐng)域大有作為，誓要成為僅次于美國可瑞(Cree)公司的企業(yè)。當時可瑞(Cree)公司是碳化硅晶圓市場的全球龍頭，新日鐵有意在做行業(yè)老二。
日本半導(dǎo)體芯片在奠定世界領(lǐng)先地位后，日本相關(guān)半導(dǎo)體材料及設(shè)備也迅速崛起。另外還有日本傳統(tǒng)制造業(yè)，比如電子計算器、家電、照相機、汽車、手機(包括功能機)、顯示器等產(chǎn)業(yè)相繼崛起，幾乎每個產(chǎn)業(yè)都把美國強摁下去。在核心半導(dǎo)體芯片的引領(lǐng)下，全日本的制造業(yè)實現(xiàn)全面騰飛。但上世紀80年代中期爆發(fā)了日美貿(mào)易摩擦，疊加韓國和臺灣省（中國）的參與，日本半導(dǎo)體芯片立即由盛轉(zhuǎn)衰。因此，在今天的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)版圖上，僅剩美國、韓國、中國臺灣省中國大陸。半導(dǎo)體材料品類十分繁多，但日本人手中的王炸品種是高純度氟化氫、光刻膠和氟化聚酰胺。而其它半導(dǎo)體材料，日本與美國、歐洲和韓國共同瓜分世界市場。日本的工匠精神來自于傳統(tǒng)文化及傳統(tǒng)制造業(yè)，講求個人經(jīng)驗的積累，尤其在精密復(fù)雜的工序基礎(chǔ)上改進其生產(chǎn)品質(zhì)，這成為日本在許多領(lǐng)域保持領(lǐng)先的重要原因。日本斷供韓國的高純度氟化氫、光刻膠和氟化聚酰胺事件，韓國的這些產(chǎn)業(yè)很難從材料逆向分析出制造技術(shù)，也很難提高競爭的門檻，特別是這些材料的制造不僅需要精細的工藝、嚴密的操作步驟，更需要大量的時間成本去沉淀出技術(shù)經(jīng)驗，這就是日本人的特有優(yōu)勢。由于制造高性能半導(dǎo)體的高純度氟化氫，需將雜質(zhì)濃度控制在低于萬億分之一，特別是其中的雜質(zhì)砷僅靠溫度分離很難清除干凈，需要采用特殊方法，日本人不但靠時間及耐心去琢磨其中的奧秘，而且依靠工匠精神完成了降低雜質(zhì)濃度的過程。讓日本人更“自戀”的是，半導(dǎo)體芯片存在摩爾定律，幾乎是兩年更換一代，這個更新節(jié)奏快到甚至于日本人也接受不了，但是半導(dǎo)體材料，自從晶體三極管發(fā)明以來，就從未改變過，不用擔心顛覆式創(chuàng)新，由此，日本人依靠慢工出細活地不斷地改進制造工藝。
半導(dǎo)體行業(yè)進入美中日三國演義時代，比如集成電路產(chǎn)業(yè)鏈，芯片設(shè)計基本上由高通、博通、蘋果、英偉達等美國企業(yè)獨霸;芯片制造剔除純代工廠，完全由海思、夏普、AMD等中日美占據(jù);中國臺灣企業(yè)在半導(dǎo)體封裝測試方面保持全球優(yōu)勢;在工業(yè)半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別是材料半導(dǎo)體和半導(dǎo)體設(shè)備兩個領(lǐng)域，日本公司占據(jù)全球領(lǐng)絕對優(yōu)勢。根據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)的數(shù)據(jù)顯示，日本企業(yè)在全球半導(dǎo)體材料市場占比份額高達52%，而北美和歐洲僅僅各占才15%左右; 特別是日本企業(yè)在全球新購半導(dǎo)體制造設(shè)備市場占有率超過了30%，一直穩(wěn)居在產(chǎn)業(yè)鏈上游。日本在半導(dǎo)體材料行業(yè)發(fā)展上值得借鑒的幾個方面。首先，日本始終采取產(chǎn)官學(xué)一體化進行國家級基礎(chǔ)攻關(guān)研究。其次，切準具有高附加值的核心產(chǎn)品，從而避免產(chǎn)品分散。再次，積極進行海外研發(fā)與合作研發(fā)。第四，經(jīng)營模式的及時轉(zhuǎn)型。
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