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日本新材料产业现状与趋势
[发布日期:2018-04-09  点击次数:1511]

新材料是高新技术的主要组成部分,又是高新技术发展的基础和先导,也是提升传统产业技术能级 ,调整产业结构的关键 新材料产业被认为是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着巨大影响 的产业,当今世界发达国家争夺高技术产业发展制高点的种类中,均把新材料产业放到重要战略地位来优先发展。日本是新材料生产的主要国家 , 日本政府高度重视新材料技术的发展,把开发新材料列为国家高新技术的第二大目标。

一、日本新材料政策

日本政府发布的《日本产业结构展望2010》的报告以新成长战略为指导,将包括高温超导、纳米、功能化学、碳纤维、IT 等新材来技术在内的10 大尖端技术产业确定为未来产业发展主要战略领域,就相关领域的现状和问题、发展方向进行了分析,并提出了相应的行动计划。

1. 高温超导技术领域

为确立在未来高温超导技术方面的技术优势,日本需要对现有的技术开发体系和社会支撑体系进行必要的改革,基于关联企业建立共同开发系统,并在关联企业间实施管理和安全等方面的相同准则。在超导电机开发方面,需开展超前性的技术开发和实证工作,以挽回在系统化与实用化等方面的时间损失,并尽快确立高温超导线材 的供应体系;在超导电缆技术方面,作为实现高度化智能电网技术的基础,将基于示范项目推进超导技术节能效果的实证和市场准入;在管理和安全对策方面,应从目前开始着手,研究并建立相关的安全法规和管理规范,并通过上述具体行动措施,争取在超导海上风力电机、超导发电机、超导变压器,超导智能电网等新能源与 低碳电力系统开发,以及国际标准、知识产权等关键领域与美国等国一争高下。

2. 纳米技术领域

在促进纳米技术的商业化方面,为大学等纳米技术的开发机构,在产业化过渡所需的资金等方面提供强有力的支持,特别是对向实用化转变的应用研究给予重点扶持;在纳米技术研发基地整治方面,通过产学官结合的方式,建立世界最高水准的研发基地,并为尖端纳米技术的检测装置共有化及实证评价等提供更好的机会。在体制 方面,一是通过强化日本各部委之间的合作,以及促进面向社会的工业和医疗领域的协作、工业和商业农业领域的协作,建立起更加有效的合作研发机制;二是建立全国性纳米技术研发支持体系,通过文部省的纳米技术网络来实现研发机构与企业的紧密结合;三是风险管理体系的整治,设立纳米产品化及事业化专项支持基金; 四是强化经营机制,从人才、技术、资金等多个角度予以优先支持。力争通过强化基础课题研究、技术保护及基础条件支撑等手段,在纳米领域实现对美欧、中国和韩国的技术赶超。

3.碳纤维领域

为进一步巩固并强化日本在碳纤维领域的技术和产品优势,在有效推进原材料开发制造、产品加工、市场拓展等各环节相互配合协作的基础上,进一步提高出口能力及相关技术开发是关键,为此,应全力推进国际评价方法和标准的建立,并争取早日建立相应的国家标准化体系。在确保日本原丝领域较高的市场占有率的基础上,针 15%的半固化片二次构造体市场占有率下滑状况,进一步加强欧美等海外市场的争夺,有效提高复合材料等加工领域的产业和技术竞争力。

4.功能化学技术领域

尽管在功能化学领域日本具有很强的技术和竞争优势,但随着服务业的相对弱化,能否继续发挥自己的所长也成为悬念,因此,需在继续推进政府和企业相关研发费用高额化的同时,鼓励同一领域的多企业协作,以避免重复投资,在努力改变同一领域多头研究状况的基础上,在液晶等功能性化学品领域进一步巩固日本的统治地位。

5.高性能IT技术领域

为提高日本在高性能IT领域的整体竞争力,必须培育出国际型的企业,并结合其在日本世界领先水平的节能和环境技术领域的应用,以促进可持续的IT技术创新, 同时也应吸引国际人才和资金,并确立自身的官民结合发展路线。未来在大力推进绿色IT,走低碳型IT需求路线的同时,充分借鉴核心技术黑箱化及外围技术标 准化、公开化的国际商业经营成功模式,促进LED照明测光、太阳能电池板和新型蓄电池等领域国际标准的确立,并依托内容产业的庞大市场和技术优势,加大人 才培养力度,以达到与美国相同的GDP产出比例为目标,从技术和产业方面提高整体国际竞争力。

二、日本新材料产业状况 

1.新材料工业化现状

日本机械制造工业长期保持世界先进水平与其发达的材料产业密不可分。近年,随着中国等新兴国家的材料产业迅猛发展,日本迫切感到高端材料的实用化开发必须加快步伐。日本机械工业联合会2007、2008年发表的“新材料现状与工业化调查”对先进材料技术的种类、特性、应用可能性及工业化前景等进行评估,评估的新材料领域包括:耐高压、耐腐蚀性、高敏感、超薄、超轻,具备很多金属特性的金属玻璃,广泛用于电子产品的镁合金,用于水力发电机组轴承的树脂系复合材料,碳纤维复合材料,用于建筑、桥梁、船舶、汽车的超级钢铁材料,新光源材料有机EL、富勒烯、固体燃料电池材料、高温超导材料、超耐热合金、生物能源材料、硅材料、双层电容器用碳素纳米细孔电极材料等。

2.日本新材料优势领域

日本的新材料政策是以其工业政策为导向的,其目标是占有世界市场,因此选择的重点是使市场潜力巨大和高附加值的新材料领域尽快专业化、工业化。目前,日本目标明确且已保持领先优势的领域有:精细陶瓷、碳纤维、工程塑料、非晶合金、超级钢铁材料、有机EL材料、镁合金材料。

3.新材料市场占有状况

目前,多数工业化国家已针对节能减排,应对气候变化问题达成基本共识,并积极推动建立减少污染、资源可回收利用的循环型经济模式,制定经济的可持续发展政策措施。形势的发展为新材料产业创造了巨大市场空间。日本的新材料产业凭借其超前的研发优势和研发成果的实用化开发力度,在环境、新能源材料世界市场占有绝对的优势地位,具体如下:锂电池隔板50%,飞机、汽车用碳纤维70%,海水淡化逆渗透薄膜50%,高端多层陶瓷电容器用纳米级钛酸钡80%,300mm太阳能电池半导体电路板70%,有机EL材料90%,聚乙烯醇胶卷80%,用于燃料电池的氧化锆60%,用于汽车、电子的合成镁氧70%。

4.产官学合作体制推动新材料产业发展

1995年日本制定了《科学技术基本法》,次年开始实施为期5年的科学技术基本计划。为推动循环经济,建立循环型社会,日本制定了一系列相关法规如《环境基本法》、《循环型社会形成推进基本法》、《资源有效利用促进法》、《绿色购入法》等,为新材料的研发、实用化起到了积极的推动作用。此外,日本的产官学合作体制即产业界、政府和学术界合作的科技发展体制在促进科研成果产业化方面发挥了重要作用。

在日本的产官学合作体制中,政府处于主导地位,依据上述法规,政府和民建成立了一些科技中介机构,在科研成果和企业间牵线搭桥。独立行政法人科学技术振兴机构和独立行政法人新能源产业技术综合开发机构,是分别隶属于文部科学省和经济产业省的科技中介机构,它们通过公开募集的方式,委托企业完成各项新技术开发,并提供所需的研发费用,研发成果归国家所有,参与的企业享有优先使用权。据统计,上述机构每年把上百项重要科研成果成功转化为产品。

三、上世纪八九十年代日本对开发新材料采取了以下相应的对策

1.重视新材料的基础研究

日本为了给未来的科学技术进步打下基础,以保证在今后的尖端技术中发挥其主导作用,日本认识到基础研究的重要性。所以在1984年的科学技术白皮书中大力强调基础研究,尤其是新材料方面的研究。

2.新建一批新材料研究所

新建了一批新材料研究所,主要是为了进入新的阶段,着重对电子、新材料、生物工程等方面开展研究活动。其中对新材料的研究,日本给予相当重视。

3.确保发展新材料所需的人才资源

日本认识到培养材料科学家和材料工程师的重要性,也认为现有的大学中许多课程远远满足不了当前培养高级科技人才的需要,必须加以调整。此外,日本为了发展新材料所需的资源业采取以下政策:

(1)政府出资储备,(2)政府对民间企业的库存给予资助,(3)与国外资源国建立巩固关系;(4)鉴于国际形势的稳定,采取各种渠道输人资源的政策;(5)加强矿渣的综合利用和回收有用金属,(6)开发锰团矿等海洋资源。

4.在研究经费方面给予支持

1985年日本政府在新材料方面的研究经费预算金额共计为7,810百万日元,占科学技术振兴费的2.04%。日本政府在新材料方面的研究开发费相当于大型工业技术研究开发费(7,698百万日元)和海洋开发经费(7,984百万日元),比太阳能、地热能、氢能等新能源的开发研究费3,022百万日元高50%以上, 比电子计算机产业的研究开发费4,779百万日元高38.7%。此外,为促进新材料的发展,日本开始采取欧美各国所采取的在税制上支持的政策。对研究经费的增加额减税20%减税限额最多只能相当于所得税的10%,对新材料试验研究费的税收,若有理由延期缴纳,可延至任何时候偿还,对新材料的开发投资减税 10%,以鼓励民间从事新材料的技术开发活动。

5.日本的新材料研究体制采取了新方式

日本企业对新材料的开发采取产学结合或企业间合作的体制。产学结合就是企业与学校结合,1984年大学和住友电公司就开发新材料方面进行合作研究,成功地开 发出瞬时合成烧结精细陶瓷的方法。在日本这样的产学合作事例不胜枚举。企业间的合作。新材料厂商是进行材料开发,用户厂商是进行机器、设备的开发。对生产厂商和用户厂商的关系是非常密切的。在竞争剧烈的时代,日本许多企业认识到,为了缩短开发周期,为了企业的生存,应共同进行研究。所以现在许多新材料生产 厂商和用户厂商以对等形式进行共同开发,共同生产。日本认为这是尖端技术时代的一个有效的开发战略。

由此可见,日本对材料这一行业极为重视,同时,日本在材料领域的发展也是越来越进步。希望我们国家能够在材料领域也有如此多的措施,促进材料行业的发展。

四、近年来日本新材料重大科学进展 

1.开发出世界上最耐热的生物塑料、高强度医用凝胶和更节省稀土的磁石制造技术。

2.北陆先端科技大学院大学与筑波大学的研究人员利用转基因大肠菌制造出具有坚硬构造的桂皮类物质,并使用光化学手段对其进行加工,成功制造出世界上最耐热的生物塑料。该物质有望在未来成为汽车和电器零部件中金属和玻璃的替代品。

3.东京大学的研究人员成功开发出一种即使放入水中也不会膨胀的高强度医用凝胶,这种物质未来可用于制造人工软骨等医疗器材,并在干细胞治疗中发挥作用。

4.立命馆大学的研究人员开发出一种低费用的深紫外发光体,该发光体使用LED光源,未来作为杀菌处理的新型光源代替目前使用的水银灯。

5.产业技术综合研究所的研究人员用沙子的主要成分硅石与酒精进行反应,成功制出了硅化学产业的主要原料四乙氧基硅烷。这种新技术不但效率高,而且由于是直接合成,也相对简便,对未来的硅化学产业可能产生重大影响。

6.九州大学的研究人员开发出一种新工艺,通过减少作为触媒的白金粒子直径和其在固体表面上的固化密度,大大减少燃料电池中白金的使用量,达到目前的十分之一。这项成果的出现意味着未来燃料电池的费用可能会大大削减。

7.物质材料研究机构的研究人员成功合成一种新的磁石化合物NdFe12Nx,这种新型磁石与目前在混合动力汽车驱动马达中使用的钕磁石相比,使用的稀土量更少,而且具备更优良的磁力特性。

五、日本主要的新材料企业 

 

 

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