不過(guò)這也更加堅(jiān)定了我們繼續(xù)探索的決心。
本期我們將要進(jìn)入的是材料科學(xué)領(lǐng)域中的另一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)——先進(jìn)高分子材料。
先進(jìn)高分子材料是指具有相對(duì)獨(dú)特物理化學(xué)性能、適宜在特殊領(lǐng)域或特定環(huán)境下應(yīng)用的人工合成高分子新材料。
根據(jù)工信部《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，先進(jìn)高分子材料共包括特種橡膠、工程塑料、有機(jī)硅材料、高性能氟材料、功能性膜材料和其他等6類(lèi)共76種重點(diǎn)產(chǎn)品。
從國(guó)際范圍來(lái)看，高分子材料的研究與應(yīng)用的第一梯隊(duì)仍屬于美國(guó)歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。不過(guò)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)頂尖研究所如中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)等已經(jīng)迎頭趕上，正在逐步縮小與國(guó)外的差距。
而涉及高分子材料研究和生產(chǎn)的312家上市公司，也借著發(fā)展新材料的政策東風(fēng)，掀起了一場(chǎng)人才、技術(shù)和資金等全方面的深度博弈。
“聽(tīng)著新鮮，并不神秘”
常見(jiàn)的物質(zhì)，一般是由幾個(gè)或幾十個(gè)原子組成，分子量在幾十到幾百之間，稱(chēng)之為小分子，如水的分子量為18。所謂的“高分子”，指的是分子量特別高的物質(zhì)，一般分子量在1萬(wàn)以上，甚至達(dá)到幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)。
“高分子材料聽(tīng)著很新鮮，但其實(shí)并不神秘。日常生活中很常見(jiàn)，如塑料、橡膠等都屬于高分子材料。”華南理工大學(xué)曹賢武教授表示，“先進(jìn)高分子材料中，有一部分是此前沒(méi)有的，是新研究合成的；還有一部分先進(jìn)高分子材料則是通過(guò)改良現(xiàn)有的高分子材料，使之在性能等方面獲得了較大幅度提升來(lái)獲得。”
與材料科學(xué)的其他領(lǐng)域一樣，高分子材料的最高端技術(shù)仍舊掌握在以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家手中，全球頂尖的研究機(jī)構(gòu)包括美國(guó)的康奈爾大學(xué)、麻省理工學(xué)院等。不過(guò)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和高校研究所也在奮起直追，與國(guó)外的差距開(kāi)始縮小。
資料顯示，目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高分子材料研究所，包括中科院研究所以及浙江大學(xué)、四川大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校研究所。
老牌浙大研究所帶頭人是中科院院士沈之荃教授，先后承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目40余項(xiàng)（包括2項(xiàng)重大項(xiàng)目和7項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目），863高技術(shù)項(xiàng)目3項(xiàng)，973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目1項(xiàng)，省部級(jí)基金項(xiàng)目等70余項(xiàng)，企業(yè)委托研究50余項(xiàng)；華南理工大學(xué)高分子研究所則在跟企業(yè)結(jié)合和應(yīng)用方面較為出色。結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，“十二五”期間我國(guó)將重點(diǎn)發(fā)展特種橡膠、工程塑料、有機(jī)硅材料、高性能氟材料、功能性膜材料和其他等6大類(lèi)共76種先進(jìn)高分子材料。其中，特種橡膠包括丁基橡膠、丁腈橡膠等20中重點(diǎn)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于汽車(chē)輪胎、醫(yī)藥和航空航天、電子等領(lǐng)域。《規(guī)劃》中指出，特種橡膠發(fā)展目標(biāo)是“自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)并舉，走精細(xì)化、系列化路線，大力開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新牌號(hào)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，努力擴(kuò)大規(guī)模，力爭(zhēng)到2015年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滿足率超過(guò)70%。”
二級(jí)市場(chǎng)上，正在研發(fā)或涉及特種橡膠材料生產(chǎn)的企業(yè)高達(dá)62家，其中有一半以上來(lái)自化工行業(yè)。這其中，既包括中國(guó)石化（600028.SH）這樣子的航母，也包括陽(yáng)谷華泰(300121,股吧)（300121.SZ）等創(chuàng)業(yè)板上市公司。
工程塑料則包括聚酰胺、聚碳酸酯等9種重點(diǎn)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于電子電氣、汽車(chē)和機(jī)械等領(lǐng)域，“十二五”期間工程塑料發(fā)展目標(biāo)則是“圍繞提高寬耐溫、高抗沖、抗老化、高耐磨和易加工等性能，加強(qiáng)改性及加工應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，盡快增強(qiáng)高端品種供應(yīng)能力，力爭(zhēng)到2015年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)滿足率超過(guò)50%。”
由于塑料使用的廣泛性和較低的準(zhǔn)入門(mén)檻，二級(jí)市場(chǎng)上目前涉及塑料生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)到了157家之多。不過(guò)，如果從普通的塑料生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高附加值的工程塑料新材料生產(chǎn)企業(yè)，是這些企業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。
第三種高分子材料是有機(jī)硅材料，共有空間級(jí)硅橡膠、烷氧基硅烷等6種重點(diǎn)產(chǎn)品，主要應(yīng)用領(lǐng)域是高精尖機(jī)械電子等的粘合劑、隔離劑、密封等，二級(jí)市場(chǎng)涉及有機(jī)硅材料生產(chǎn)的企業(yè)有42家。
第四種高分子材料是高性能氟材料，有高檔聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等7種重點(diǎn)產(chǎn)品，主要應(yīng)用領(lǐng)域是電子、化工等領(lǐng)域。二級(jí)市場(chǎng)上相關(guān)公司有15家。“膜”之魔力
接下來(lái)是功能性膜材料——也是高分子材料“十二五”期間的發(fā)展重點(diǎn)。功能性膜材料又分為光學(xué)膜、水處理膜、電池膜等幾個(gè)種類(lèi)一共23種重點(diǎn)產(chǎn)品，是六種高分子材料中重點(diǎn)產(chǎn)品最多的一類(lèi)，其中光學(xué)膜相關(guān)重點(diǎn)產(chǎn)品占據(jù)了2/3，康得新(002450,股吧)（002450.SZ）、長(zhǎng)信科技(300088,股吧)（300088.SZ）等51家公司參與分享功能性膜盛宴。
此外，鑒于功能性膜材料的重要性，《規(guī)劃》中還將高性能膜材料列為十大重點(diǎn)工程之一，工程目標(biāo)是“到2015年，實(shí)現(xiàn)水處理用膜、動(dòng)力電池隔膜、氯堿離子膜、光學(xué)聚酯膜等自主化，提高自給率，滿足節(jié)能減排、新能源汽車(chē)、新能源的發(fā)展需求。”
《規(guī)劃》只指出了“十二五”期間的發(fā)展重點(diǎn)、重點(diǎn)工程和重點(diǎn)產(chǎn)品。對(duì)于我國(guó)未來(lái)的先進(jìn)高分子材料發(fā)展方向，可以從聚合物太陽(yáng)能電池以及高分子膜材料、膜技術(shù)兩個(gè)方面看到端倪。
聚合物太陽(yáng)能電池方面，目前薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)份額不到10%，但在美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局下，結(jié)合“燃料激活”和電池聚合物電池兩種前沿技術(shù)的新一代光伏電池，被認(rèn)為是繼晶體硅和薄膜光伏電池后的第三代光伏電池，有望開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)換效率達(dá)到或者超過(guò)20%的低成本薄膜電池。
膜材料方面，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)缺水總量將達(dá)4000億m3。高性能膜在緩解水資源短缺方面優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：膜法精密過(guò)濾代替蒸發(fā)，可節(jié)能40%以上，減少溶劑消耗量30%因此，膜技術(shù)的發(fā)展得到了全球范圍的高度重視，美國(guó)、日本、歐洲等多國(guó)政府將膜技術(shù)作為21世紀(jì)高新技術(shù)進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，我國(guó)同樣高度重視。
