中国材料科学是否处于世界前列

/6中国材料科学是否处于世界前列1.引言首先明确材料学科的定义，材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产流程和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科学。材料是早已存在的名词，但材料科学的提出则是在20世纪60年代。1957年，苏联人造地球卫星发射成功之后，美国政府及科技界为之震惊，并认识到先进材料对于高技术发展的重要性，于是在一些大学相继成立了十余个材料科学研究中心，从此，材料科学这一名词开始被人们广泛地引用。材料是人类用来制造机器、构件、器件和其他产品的物质。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代，随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。研究与发展材料的目的在于应用，而材料必须通过合理的工艺流程才能制备出有实用价值的材料来，通过批量生产才能成为工程材料。在将实验室的研究成果变成实用的工程材料过程中，材料的制备工艺、检测技术、计算机技术等起着重要的作用。材料的实用研究构成了材料科学与技术的结合点。科学技术的发展无非就是从研究到应用，最后转化为先进生产力的一个过程，所以现在从研发、生产和应用三个方面来分别来分析阐述中国材料科学的发展水平。2.论证2.1从科研成果看中国材料科学的发展目前在材料专业杂志上发表的论文数量以及质量，可以作为科研成果的一项指标，来反应材料科学的发展。2009年8月的中国科学院规划战略局、中国科学院国家科学图书馆的《中国与美日德法英五国科技的比较研究》报告中指出：按照论文被引频次排名：全科学领域论文被引频次排名世界前500名的，中国有7个机构，最靠前的是中科院，排名23位。

而在材料科学领域，中国从2003年起，排名世界第二。论文被引频次在世界前300位的机构中，中科院居世界第一。与材料相关的物理学领域，论文量居世界第二；被引频次世界第三；化学领域，论文总量和被引频次，2004年以来居世界第二，2008年排名世界第一。相对引文影响（RCI）入围世界前300名的研究机构中，中国有13所；中科院居世界第一，德国马普学会第二；北京大学和南京大学分别排名46和66位。

由图可以看出近年来，中国在材料科学专业的顶级杂志上的论文发表量还是占据很大比重的。在论文被引用上，根据各个国家和地区于2004年1月1日至2014年8月31日在WebofScience数据库的SCI、SSCI收录材料科学领域期刊上发表的论文，统计分析出前20名国家和地区排名（共有85个国家和地区参与排名）。每个参与排名的国家和地区在这期间发表的材料科学论文数超过5千篇，排名参照指标为总被引次数（Citations）、文章数（Papers）和篇均被引次数（CitationsPerPaper）。根据数据得到的结果是：中科院排在第1位，哈尔滨工业大学第7位，清华大学第8位，中南大学第12位、北京科技大学第13位、上海交通大学第14位、浙江大学第18

位、西北工业大学第19

位、天津大学第44位。而各种机构在10年间论文总被引次数排名上的结果是中国科学院排名第1，清华大学排名第9，香港浸会大学在第15位，浙江大学第30

位，上海交通大学第33位。从论文发表数量质量和论文被引用率上来看，说中国的科研水平还是处于世界先进水平的。并且在师昌绪院士《关于发展我国材料科学技术的若干思考》的报告中提到：我国在实验室材料的研究方面具有较高的水平，与国外发达国家相比差距不大，其主要表现是我国在国际杂志和国际会议上所发表的论文居世界第二位，并具有相当的学术水准。但是科研这仅仅是代表一个学科水平的一项指标，还要结合很多因素来判断材料科学的总体发展情况。2.2从科研条件和科研学者看材料科学的发展根据2000-2010年间所发表研究论文的引用率，汤森路透集团发布了全球顶尖100位材料科学家榜单。共有15位华人科学家入选，其中榜单前6位位华人。基于ESI统计数据，汤森路透集团发布的2000-2010年全球顶尖100位材料科学家榜单。依据10年间在材料科学领域（基于汤森路透集团ESI的学科分类体系）所发表研究论文（包括Article和Review）的篇均被印次数，这一榜单选出了全球最具影响力的100名材料科学家（入选者文章数不低于25篇）。共有15位华人科学家入选这一榜单，其中榜单前6位均为华人，美国加州大学伯克利分校的杨培东教授位居第一。按国别分布，这100位材料科学领域的科学家有48位来自美国，11位来自德国，8位来自英国，4位来自法国、荷兰，来自澳大利亚、中国、韩国的瑞士的有3位，来自比利时、俄罗斯、瑞典的有2位，奥地利、加拿大、丹麦、爱尔兰、以色列、日本、葡萄牙、中国台湾各1位。从所属机构看，加州大学圣巴巴拉分校有5人，帝国理工学院4人、麻省理工学院4人、宾夕法尼亚州立大学3人、斯坦福大学3人、剑桥大学3人、荷兰格罗宁根大学3人、马尔堡大学3人、密歇根大学3人。美国在新材料研究领域科研机构一共有210所科研机构，主要有橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、埃姆斯实验室等17个科研实力全球名列前茅的国家实验室，以及杜邦、波音、IBM等13个顶尖科技研发公司实验室，而涉足新材料研究的主力—高校实验室如麻省理工大学、哈佛大学等则高达180所。由此可以看出虽然华人科学家排名考前，数量也并不是太少，但是大多都是供职于美国大学或者机构。并且属于中国籍的材料科学家的数量才只有3位，与美国的48位还相差甚远。无论从科学家数量上看还是从科研机构上看，中国的材料科学发展与欧美国家还是有一定差距的。2.3从材料相关技术看中国材料科学的发展影响科学生产最重要的两个方面是材料和工艺，工艺和材料相互制约，有成熟先进的工艺才能制造出性能优异的材料，有性能优异的材料才可以匹配上先进的工艺。比如目前在工业上制造一个精度为0.0001毫米要求的零件时所用的加工中心的数控机床、数控计算机部分和加工软件都是德国制造的，而机床上的车刀和钻头都是日本生产的。要加工一件精度为0.0001毫米的零件，所需的工具，就是上述外国制造的工具，这些工具的精度要比产品的精度高好几倍甚至几十倍几百倍。一把用于高精度加工的钻头或者车刀，目前中国还是达不到高精度要求的，一般都是进口德国或者日本的设备。如我国航母的蒸汽弹射器造不出来的很大原因就是精密机床技术过于落后。蒸汽弹射原理其实很简单，但要求的工业工艺就很高，所以蒸汽弹射器迟迟无法造出。还有国产6135柴油机是很成熟的一种柴油机，大量的装在民用，军用船舶用作发电机组或推进动力，但这些年来，发动机的功率一直没有太大的提高，最高的功率还没有到200千瓦。美国的DDC柴油机公司的S60型柴油机，缸径和6135一样都是135mm，体积也差不多，可是它的功率能达到615千瓦，为什么国外的柴油机比国产的柴油机功率能大出那么多，关键就是柴油机的结构，机体的铸造材料，机器内各部件的材料，比国内的冶金技术要高很多。

在金属切削刀具领域，高速钢刀具占有相当比重(约50％)，其中麻花钻、丝锥、立铣刀、齿轮刀具和拉刀主要用高速钢制造。世界上生产高速钢最多的三个工厂，依次为法国欧拉司蒂(Erasteel)厂，奥地利百禄钢厂(Bohler)和日本日立金属安来钢厂(Yasugi)。而我国高速钢发展还落后于这些国家，所以一些高精密的加工刀具只能从外国进口。2.4从科研成果转化看中国材料科学的发展一是科研成果转化为生产力水平差。我国稀土资源占世界总储量的80%，产量占世界总产量的70%，但其中的2/3以资源或初级产品的方式出口国外。因此，尽快将资源优势转化为产业优势是我国工业领域的一项迫在眉睫的任务。二是新材料产品缺乏市场竞争力。例如我国钢铁产量已居世界前列，其中众多的一般品种已经供求平衡，甚至供大于求，但达到世界主要钢铁强国质量水平的钢材不足20%，每年仍需进口1000多万吨优质钢材；另外，我国水泥产量已居世界首位，但高标号水泥仅占总产量的17%；再者，我国高性能通用高分子材料与国外差距也较大，目前大量进口，而工业领域主要用到的工程塑料更是难以满足需求，预计通用高分子材料和工程塑料在本世纪前10年仍将存在巨大的缺口。第三，国防建设、国民经济建设和国计民生的关键新材料亟待开发，前瞻性新材料和具有自主知识产权的材料研发能力不足。2002年超导材料、纳米材料、信息材料等基础研究领域又有了新的研究成果，而这些成果多为发达国家所取得，我国在这些方面还存在较明显的差距。比如目前在应用上新兴的碳纤维材料，世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国的台湾省，日本的三家企业就占据了世界78%左右的产量。发达国家的碳纤维行业已逐步走向成熟。而我国只是从2001年10月才开始对碳纤维加大力度去研究发展，科技部决定设立碳纤维专项，当年11月成立了专家小组。到了2005年碳纤维项目才被批准为国家重大基础研究项目，获得了宝贵的基础研究经费。2.5从材料相关企业看中国材料科学的发展近日，由汤森路透（ThomsonReuters）旗下智权与科学（IP&Science）事业群遴选出的2014年全球百大创新机构（2014Top100GlobalInnovators）获奖名单新鲜出炉。其中最大的亮点之一是亚洲首度成为百大创新机构名单中比重最高的发源地，有高达46家上榜。日本成为最大赢家，入选机构达到39家。另外7家分布情况是：韩国4家，台湾2家。这些著名的材料相关企业主要来自美国和日本，分别有3M公司，一个跨国集团公司，生产的产品超过650000种，主要有粘合剂、研磨剂和层压板。它在超过65个国家进行生产运营，在200个国家进行产品销售。康宁公司是特殊玻璃和陶瓷材料的制造商，基于160多年在材料科学和制程工艺领域的知识，康宁创造并生产出了众多被用于高科技消费电子、移动排放控制、电信和生命科学领域产品的关键组成部分。还有成立于1802年的杜邦公司，目前在90多个国家和地区开展业务，产品及服务覆盖了添加剂与改性剂、服装与面料、复合材料与中间层、显示与照明材料、膜与薄膜、包装材料、医药产品、塑料、高分子材料和树脂等诸多行业。日本神户制钢所（简称KOBELCO）是世界500强之一，是日本第三大钢铁联合企业。也是日本顶尖的铝产品和铜产品供应商。Saint-Gobain是世界最大的材料集团之一。它设计、生产、销售的产品种类繁多，涉及建筑、交通、工业、食品贮存和太阳能利用等多个领域。此外，它还生产高性能塑料。而中国的材料相关企业并没有在世界范围内特别突出的，并且在评选出来的百大创新机构里面中国的材料企业无一入选。由此可以看出中国在创新企业方面相对美国、日本、德国、法国等发达国家还有很大的差距。3．结论从科研到生产和应用分成5个部分：科研成果、科研条件和科研学者、相关技术、成果转化和材料相关企业的发展分别论述了中国材料科学的发展，以及世界上其他一些材料科学实力突出的国家或者机构的发展情况。可以得出以下结论：从科研成果上看中国的材料科学科研水平还是处于世界先进水平的，但是还和世界顶尖水平有一定差距。因为在其他方面中国的材料发展还有待提高，虽然在论文数量、材料产品的产量上处于领先水平，但是高精尖的产品还是比较少；相对突出的科学家和著名的实验室等机构也较美国有一定差距；中国的材料创新性企业还比较少。所以究其实质，与发达国家相比，仍然存在着很大的差距。表现在：（1）创造性较差。除个别领域外，大多以仿制为主，具有知识产权的成果不多；尤其是很少有突破性的成果。（2）缺乏总体规划。由于在新材料研发方面缺乏总体规划，