logo

日本的材料科学

日本的材料科学

日本的材料科学

如果单纯看材料科学的学科世界排名,好像日本和中国差不多,都仅落后于美国,但日本的材料科学 应用特别好,比如 金属材料学,日本是世界第一,延伸出 冶金技术是世界第一, 车用钢材质量世界第一。其他像电子信息材料、纳米材料、半导体材料、碳纤维复合材料、陶瓷材料等领域,日本高校的学科排名未必世界第一, 但应用领域均做到极致。

先看陶瓷。日本的陶瓷科学,一直位居世界的前沿,尤其在新型陶瓷材料,特别是先进 陶瓷敏感元件等领域,占有绝对领先的优势,热敏、压敏、磁敏、气敏、光敏等各种先进陶瓷产品 垄断全球市场。

日本村田制作所成功量产手机里的“超小型”关键电子组件—— 微型多层陶瓷电容器,所占空间只有原来的五分之一,但其 蓄电量却是高出10倍

陶瓷电容

iPhone11中已经大量使用村田制作所的电容器。不出意外的话, 其他5G版手机也会很快使用这种多层陶瓷电容器。

再看抗震。我们都知道,日本是个地震多发的国家。为了抗震,日本在材料上绞尽脑汁。日本人用5000元1公斤的黑科技材料造了一款奇葩泡沫“乳房”,不仅绝缘隔热,还能抗7级地震!

外形酷似乳房的泡沫抗震房

最后看芯片。众所周知,在芯片生产中最重要的设备是 光刻机,而在OLED显示屏生产中,最重要的设备则是 蒸镀机。这台设备是用来完成OLED屏最重要的一道工序:蒸镀。 而目前只有采用日本 CanonTokki公司生产的蒸镀机才能蒸镀出品质最高的OLED屏幕。

OLED屏不仅可以弯曲而且画面色彩更丰富

在蒸镀工序中,除了需要蒸镀机,还需要一个非常重要的小部件: 蒸镀掩膜板。这个小部件, 直接决定了最终面板的分辨率,以及生产OLED面板的 良率。在市场上,同样只有一家日本公司—— 大日本印刷,才能生产这种最高精度的蒸镀掩膜板。

为什么这种高精度蒸镀掩膜板 只有一家公司能生产呢?这又涉及到一种特殊的金属原材料: 超因瓦板。掩膜板要经历蒸镀的高温环境,容易变形,而只有 热膨胀系数接近0的超因瓦板,才能生产出符合需求的高精度蒸镀掩膜板。巧合的是,这种特殊材料同样只有一家日本公司—— 日立金属才能生产。

日本的材料科学凭什么?

二战以后,特别是伴随着20世纪六七十年代的经济腾飞,日本的 无机非金属材料产业迅速发展。其科学研究和技术研发在产学官研的合力推动下, 达到世界领先地位。

在政策层面,日本科学发展规划历来重视材料科学,特别重视基础材料科学研究的“育种”。上世纪80年代,日本科学技术厅(后并入文部科学省)和通产省拟定的高技术规划中,在“创造科学技术推进事业”的 8个项目中,新材料的基础研究占5个。

1992年,日本科学技术振兴调整费(国家给的科研经费)新增 八个项目,前三个都是材料科学方面的。

靠着40多年的不懈努力, 日本的材料科技在全球独占鳌头。目前,不论是传统的日用 陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料,还是新型无机非金属材料,日本都位居世界前列,不少技术 更在欧美之上。

进入21世纪,日本政府在第二次科技发展五年计划中提出, 科学技术的三大战略任务,即:知识创新——把科技进步 作为立国之本知识转化——将科技进步转化为生产力,增强国际竞争力,实现可持续发展; 造福社会——依靠科技进步维护国民健康和生活质量、保障国家安全、防止灾害侵袭。

这份计划将 纳米技术材料方向称为“包含上述3个重点领域,支撑科学技术整体发展基础的重要领域, 在21世纪有望成为科学技术的主干”。

除了政策扶持外, 在学术研究方面,日本政府还专门牵头成立了在材料科学领域 享誉全球的国立物质材料研究所。日本国立物质材料研究所(National Institute for Material Science, NIMS),是日本唯一的专门从事材料科学的国家研究与开发机构,由 日本国家金属研究所(成立于1956年)和 国家无机材料研究所(成立于1966年),这两个国家研究开发机构合并而来,作为独立行政机构进行材料科学的基础研究和开发。

NIMS的使命是“ 从材料研究创造未来”,研究方向不仅包括金属或陶瓷,还包括金属、半导体、超导体、陶瓷、有机材料和纳米材料等等,涵盖电子、光学、涂料、燃料电池、催化剂、生物技术等范围的应用。

除了直接研究材料科学之外,NIMS也 进行相关的理论研究和配套的仪器技术研究,如电子显微镜、高能离子束、强磁场等技术。

总之,就是个材料科学研究的巨无霸。

NIMS在筑波的三个分所

搞高精尖的科学研究,是需要花费 巨量资金的。日本政府投入的科研经费,也只能视为发展的种子。 大部分经费来源还是要民间,尤其来自 各大财团的大力投入。

日本新材料企业 KUREHA、可乐丽(KURARAY)和 伊藤忠商事与日本官企投资基金-产业革新机构合作,形成合作联盟,全面推进高端新材料产业发展。KUREHA等企业与产业革新机构共同出资成立新的高新技术投资公司,其中产业革新机构约占49%股份,KUREHA等企业联合将拥有剩余股份, 总投资额为200亿日元。

企业之间的合作也不少。 比如在碳纤维行业,日本较早形成了产业联盟,联盟成员覆盖了整个碳纤维产业链,能够全面了解产业中存在的问题和需求,有效服务于产业的各个环节。

集成电路

咱们看看集成电路产业就知道了。集成电路材料是集成电路产业发展的基础。集成电路技术每前进一步都会对材料提出新的要求,而材料技术的每一次发展也都为集成电路新结构和新技术提供基础。

先来看看集成电路衬底材料。全球硅片的供应商,主要有日本的 信越化学胜高、德国的 世创、中国台湾的 环球晶圆以及韩国的 SKSiltron,这全球前 五大公司的市场份额约92%,其中12英寸硅片市场的份额约98%。

再看光刻胶和配套材料。全球光刻胶市场基本被日本JSR、东京应化、住友化学、信越化学、日本TOK、美国陶氏杜邦、德国默克等几家大型企业所垄断,市 场份额占比九成以上。

除此之外, 还有湿化学品。日本企业拥有28%的市场份额,代表性公司包括 关东化学、三菱化学、三菱瓦斯、东京应化等。还有其他,比如掩模版、电子气体和源、抛光材料、靶材及蒸发材料等生产环节上, 日本在每个环节都有好几个世界知名的大公司。

所以说,日本材料学在芯片行业称霸, 靠的不是某一家公司或机构,而是集团化作战。

收藏

举报

上一篇:气动搅拌机安装步骤与维护 下一篇:ABB软起动器故障缺相欠流修复始末
最新资讯

3M 热熔粘接密封胶 3764Q 透明色 1箱

货期:8个工作日

价格¥ 1280.58

3M 溶剂胶-喷胶 77 SPRAY 喷胶 1罐

货期:8个工作日

价格¥ 41.20

BEACON/灯塔 硝基胶液 Q98-1 14kg 1桶

货期:11个工作日

价格¥ 929.83

HT/回天 RTV平面密封硅橡胶 7587 310mL 1支

货期:9个工作日

价格¥ 125.83

THREEBOND/三键 单组分硅胶 1530 白色 1支

货期:73个工作日

价格¥ 384.19