中國製造的28個命門！終於有人說真話了（信息量很大）

島 君 說

“中國製造不像我們想象的那麼強大，西方工業，也沒有衰退到依賴中國。我們的製造業還沒有升級，製造業者已開始撤離。”

在向服務業轉型的口號聲中，工業和信息化部部長苗圩按捺不住說了真話，那麼，亟待攻克的核心材料、技術有哪些？

以下這篇文章列舉了我們還需攻克的28項核心材料與技術難關清單，這也在提醒著我們——中國製造仍需努力。

圖 片：視覺中國

來 源：科技日報

1. 去不掉的火箭發動機“鏽疾”

“不鏽鋼能不能不生鏽？”這個有點黑色幽默的問題，幾乎讓中國航天科技集團六院發動機專家、長征五號運載火箭副總設計師陳建華落下心病。

在我國120噸級液氧煤油補燃循環發動機YF-100的研製過程中，陳建華注意到好幾種高強度不鏽鋼都容易生鏽。從2011年開始，他跟老朋友，鋼鐵研究總院特殊鋼研究所副所長蘇傑無數次溝通，雙方壓力都很大。

如今，長征六號、七號、五號火箭相繼首飛了，陳建華仍沒有得到完全讓人信服的答案。

強度和防鏽性能是對矛盾體

用於火箭發動機的鋼材需具備多種特性，其中高強度是必須滿足的重要指標。蘇傑向記者介紹，過去我國火箭發動機上採用的奧氏體不鏽鋼，屈服強度約為300兆帕，而新一代運載火箭所用材料，強度是其2到4倍。

然而，不鏽鋼的強度和防鏽性能，卻是魚和熊掌般難以兼得的矛盾體。“需要明確一個概念，不鏽鋼是會生鏽的。”

蘇傑說，“簡單來講，鋼材的耐蝕性主要依靠合金元素‘鉻’的含量，但如果該元素加得太高，強度就上不去。因此高強度的材料，防鏽能力一定會較差。”

陳建華表示，火箭發動機材料如果只是有點浮鏽問題不大，但如果嚴重生鏽，可能帶來很大影響。

假設閥門的閥芯生鏽，會使閥門在開合過程中遇到阻力，導致反應速度出問題。

世界難題：國外發動機材料也生鏽

他有一塊國外發動機材料，放在倉庫多年依舊光亮。

蘇傑坦陳，我國在新材料研發方面與發達國家還有差距，目前主要處於仿製階段。現在我國航天材料大多用的是國外上世紀六七十年代用的材料，只是如今工藝技術更先進，生產的同樣材料性能更好。

李靜媛對此頗為憂慮：如果遇到高端產品，國外不公開材料成分、工藝，我們難免會被“卡住脖子”。

同時她認為，我國擁有一流的設備，但管理水平與國外存在差距。例如發達國家在生產過程中會嚴格控制雜質含量，如果純度不達標，便重新回爐，但國內廠家往往缺乏這種嚴謹的態度。

不過蘇傑說，陳建華那塊國外材料後來被拿到海南，與國產材料做對比，結果兩者同時生鏽。“完全依靠材料自身實現高強度和防鏽性能兼備，這是世界性難題。”蘇傑表示。

魚和熊掌兼得需藉助外援

其實航天材料防鏽並非不能實現，只是需要藉助“外援”。蘇傑說，通過材料和工藝配合，一方面利用材料自身防鏽能力，一方面採用表面塗層處理或往材料內腔注入乾燥空氣、氮氣等輔助手段，已經解決了生鏽問題。

陳建華表示，六院也針對生鏽問題專門開展了試片研究，並對產品適應性進行了充分考核驗證。通過對貯存5年的發動機進行多次考核，發現其工作狀況良好。

但他仍沒有完全放心。陳建華說，對於我國正在發展的可重複使用火箭發動機，使用時間更長，其內部要反覆經受煤油浸泡，又不能拆開處理，對防鏽能力的考驗會更嚴峻。

又如我國新一代運載火箭，現在是無人發射，將來要是載人，安全可靠性要求更高。生鏽問題到底有沒有影響？這些問題必須搞清楚。

2.環氧樹脂韌性不足，國產碳纖維缺股勁兒

“碳纖維產業鏈核心環節很多，包括上游原絲生產、中游碳化環節、下游複合材料及其應用，經過十多年的研發和突破，目前我國碳纖維的‘卡脖子’問題主要在下游應用環節，即複合材料和製品方面。”中國化學纖維工業協會副會長賀燕麗說。

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度新型纖維材料，之所以其質量能比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，還能耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變等特性，其中一個關鍵的複合輔材就是環氧樹脂。

環氧樹脂具有優良的物理機械和電絕緣性能，附著力強，能將碳纖維粘接在一起。但目前國內生產的高端碳纖維，所使用的環氧樹脂全部都是進口的。

脆弱的環氧樹脂改性之難

碳纖維按照力學性能可分為高強型、超高強型、高模量型和超高模量型。

在日本東麗公司產品代號中，T指橫截面面積為1平方釐米單位數量的該類碳纖維可承受的拉力噸數，即T數越高，碳纖維質量越好；模量指受外拉力或壓力後恢復原形的拉伸模量。

目前，我國已能生產T800等較高端的碳纖維了，但日本東麗掌握這一技術的時間是上世紀90年代。

中國複合材料集團有限公司董事長張定金說，相比於碳纖維，我國高端環氧樹脂產業落後於國際的情況更為嚴重。特別是應用在飛機、航空航天等領域的高端碳纖維中。

分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環氧樹脂，除碳纖維外，還廣泛應用於機械、電子、家電和土建工程等領域。高端環氧樹脂依賴進口一方面與我國化學工業基礎薄弱有關，另一方面與環氧樹脂本身特性有關。

一個分子鏈上有兩個以上的多官能團分子，可以交聯反應而形成不溶、不熔具有三向網狀結構的高聚物。

而航空結構件的使用環境極為嚴苛，碳纖維複合材料必須能長期耐得住上百攝氏度的高溫和零下幾十攝氏度的低溫；

同時，在溼熱條件下玻璃化轉變溫度、彈性模量及壓縮強度不能顯著下降，這就需要更高官能度、環氧值而且黏度合適的相關產品。

分子中能參與反應的官能團數被稱作官能度，有業內人士表示，不是官能度越高越好。能度太高，複合材料會過於堅硬無韌性。

因此，必須具體到在不同使用條件下，考慮強度、模量、韌性、高低溫、疲勞等，從配方體系、分子結構去分析，這是一個非常複雜的系統工作，而且科技含量高、研究難度大。

環氧樹脂的耐候性與玻璃化轉變溫度有直接關係，複合材料在航空領域應用時，普遍要求環氧樹脂玻璃化轉變溫度不能低於180℃，而目前國產樹脂領域絕大多數企業還不具備相關技術。

缺智能自動化設備

對連續碳纖維增強複合材料使用性能構成最大威脅的是複合材料的低速衝擊分層損傷，這也是高性能複合材料能否在飛機結構中推廣應用的核心。

造成複合材料對沖擊分層損傷敏感的主要原因之一是環氧樹脂本身韌性不足。

為滿足要求，增韌後的複合材料衝擊後壓縮強度（CAI值）至少需達到200—300兆帕水平。

“環氧樹脂的改性與智能自動化設備息息相關。”東華大學材料科學與工程學院教授餘木火表示，我國碳纖維生產時間短，缺乏低成本的成套自動化生產設備，導致生產效率低、產品穩定性不足等問題。

“還需要對這樣的智能化設備加大研發和生產力度。”賀燕麗說。

應用牽引不足進步慢

環氧樹脂情況特殊，“不同用途，其結構和性能等都不同。”孔振武說，我國碳纖維材料生產與應用相互脫節，應用對之牽引不足，沒有反饋修正，環氧樹脂等技術進步自然也就慢了。

目前，高端碳纖維用得最多的是在飛機上，如在波音B787機型上，使用東麗公司生產的碳纖維複合材料已佔總材料用量的50%。2016年，東麗公司的碳纖維產量約為4萬噸；而我國碳纖維企業30多家，總產能2萬噸左右，實際產量約7000噸。

在一個行業中一旦形成領先效應，超越就很難。目前波音飛機、美國F-22和F-35戰鬥機上使用的碳纖維環氧樹脂都來自美國亨斯曼公司。

餘木火說，亨斯曼的產品早已通過了材料和工藝認證，如果要使用其他企業生產的環氧樹脂，還需要一個漫長、繁複的論證過程，碳纖維生產企業自然願意使用亨斯曼的。這也不利於國內高端環氧樹脂產品迎頭趕上。

3.通往超精密拋光工藝之巔，路阻且長

在茫茫宇宙中，一個類金屬合金宇宙探測器以超光速掠過，它由被強互作用力鎖死的質子與中子構成，因表面絕對光滑而可以反射一切電磁波，並且無堅不摧……這是劉慈欣在科幻小說《三體》中提到的一種名叫“水滴”的宇宙飛行器。

事實上，人類對“絕對光滑”的追求也已經從科學幻想轉變為實踐，比如推動“集成電路變身革命”的超精密拋光技術。

像《三體》中描述的一樣，當前最為先進的化學機械拋光（chemical mechanical polishing，CMP）技術也已進入原子尺寸級。而當電子工業強國爭相攀登或到達這一工藝巔峰之時，我們卻還只能仰望。

現代電子工業，超精密拋光是靈魂

物理拋光是上世紀80年代之前最為常用的拋光技術，但是電子工業的高速發展對材料器件的尺寸、平整度提出越來越嚴苛的要求。

當一塊毫米厚度的基片需要被製成幾十萬層的集成電路時，傳統老舊的拋光工藝已經遠遠不能達到要求。

“以晶片製造為例，拋光是整個工藝的最後一環，目的是改善晶片加工前一道工藝所留下的微小缺陷以獲得最佳的平行度。”中科院國家納米科學中心研究院王奇博士向記者介紹。

超精密拋光工藝在現代製造業中有多重要，其應用的領域能夠直接說明問題：集成電路製造、醫療器械、汽車配件、數碼配件、精密模具、航空航天。

核心技術被雪藏，國內需求受制於人

浙江晶盛機電股份有限公司是我國電子製造業追逐“全局平坦化”的開路先鋒之一，公司多年從事拋光工藝研發的技術主管孫明告訴記者：“如果把拋光工藝比作做煎餅，卡我們脖子的就是鍋，別人的鍋不粘鍋底，而我們做不到。”

孫明所說的“鍋”就是拋光機的核心器件——“磨盤”。超精密拋光對拋光機中磨盤的材料構成和技術要求近乎苛刻，這種由特殊材料合成的鋼盤，不僅要滿足自動化操作的納米級精密度，更要具備精確的熱膨脹係數。

當拋光機處在高速運轉狀態時，如果熱膨脹作用導致磨盤的熱變形，基片的平面度和平行度就無法保證。而這種不能被允許發生的熱變形誤差不是幾毫米或幾微米，而是幾納米。

而事實上，把握住這項技術，也就在很大程度上掌控了電子製造業的發展。

孫明介紹，日本產拋光機的研磨盤均為定製，不進行批量生產，直接限制了他國仿製；王奇也告訴記者，美國的拋光設備銷往中國，價格一般都在1000萬元以上，而且銷售訂單已經排至2019年年底，此前不接受任何訂單。

“面對如此嚴密的技術封鎖，我們很急，春秋時期，魯班為人類發明石磨助力了農耕文明，如今我們的電子工業進步卻再次被一種磨盤卡住了脖子。但是再急，目前我們還得等，要麼等進口，要麼自主研發。”王奇說。

登頂技術巔峰，求人不如求己

其實在超精密拋光領域內，中國並非毫無建樹。作為一套技術要求極高的合成工藝，超精密化學機械拋光工藝精必須由設備和材料（拋光液）組成，二者缺一不可。

2011年，王奇博士團隊研發的“二氧化鈰微球粒度標準物質及其製備技術”獲得中國石油和化學工業聯合會技術發明一等獎，

但是王奇說：“這並不意味著我們已經攀登到了這一領域的頂峰，對於整體工藝來說，只有拋光液而沒有超精密拋光機，我們最多還只是賣材料的。”

孫明介紹，美國、日本拋光機磨盤的材料構成和製作工藝一直是個謎。換言之，購買和使用他們的產品，並不代表可以仿製甚至複製他們的產品，這是兩回事。

“用什麼材料和工藝才能合成這種熱膨脹率低、耐磨度高、研磨面超精密的磨盤，是我們首先需要集中力量攻克的技術難題，這個問題一旦解決，60英寸拋光作業面也將不再是夢想。

而這樣的核心技術，永遠不能指望從別人手中獲得，除了依靠自己，我們別無選擇。”孫明說。

4. 拙鈍的探測器模糊了醫學影像

給奔跑的博爾特拍照，很容易“虛”。給跳動的心臟拍照，CT（電子計算機斷層掃描）也有相似的難題。

雪上加霜的是，傳統CT的斷層“視野”太窄，就好比“門縫裡看博爾特”，拍個全身還必須拍好幾張拼出一幅圖。

由於速度和視野的限制，給跳動的心臟準確成像是CT機誕生後幾十年內沒能達成的使命。

近年來，一些進口高端CT機通過技術創新有所突破，主要是在探測器上下足功夫。“進口的高端CT機為什麼貴，一些實力雄厚的醫院購買也要掂量掂量，主要貴在探測器上。”

一位醫學影像設備研發人員介紹，每個探測器單元價值幾萬元，最高端的320排CT探測器要上千萬元。

不掌握核心工藝

“排”是指CT掃描機探測器的陣列數，排數越多，探測器寬度越寬，一次掃描完成的寬度也就越大。如果CT探測器配備了320排探測單元，每排0.5毫米，一次掃描就可覆蓋正常成年人的心臟。

工藝方面，探測器的拼接工藝要求極高，排數越多生產工藝複雜程度成倍數增加。

中科院自動化研究所、中科院分子影像重點實驗室副研究員王坤錶示：“探測器具體的製造工藝是商業機密，企業是不可能披露的。就好比相機鏡頭在專利中可以呈現如何設計並描述拋面形狀，但不會透露加工方法和鍍膜材料。”

中科院分子影像重點實驗室團隊做過一次調研顯示，在傳統醫學成像（CT、磁共振等）上，我國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數量上，美國是我國的10倍。

這意味著整個產業已經完全掌握在國外企業的手裡了，所有的知識產權，所有的原創成果，所有的科研積累都在國外，中國只佔很少的一部分。

更現實的情況是，在這一“賽道”中，已領先發展50年的國外龍頭企業佈下大量的“專利”壁壘，限制了後來者的跟隨和超越。

材質是機密

“X光射線穿過生物體後，由探測器捕捉。探測器捕捉靈敏度如何，單位面積上能獲得X光的感應力度如何，決定了探測器的好壞。”王坤解釋，這取決於探測器使用的感應材質。

對於探測器選用的材質，各大國際生產企業都諱莫如深，猶如獨門機密般以代號性詞語描述——GE將其Revolution CT的探測器晶體命名為“寶石”，而西門子則稱其為“獨有光子晶片”。

相關資料顯示，CT成像系統中探測器的首選方案為閃爍探測器，其中的關鍵部分是可將入射的不可見X光子轉換為可見光的閃爍晶體或熒光物質，完成後續成像。

中國閃爍晶體從業的科研人員較少，閃爍晶體方面的人才培養單位只有上海硅酸鹽所等個別單位，自主開發的新型閃爍晶體較少，晶體生長和性能研究方面的結合較少。

在晶體材料研發和生產的困窘之下，也有企業試圖從海外謀求出路。例如，東軟醫療於去年對國外某領先的CT探測器核心材料製造商完成戰略投資。這樣的購買行為是否會買回核心技術還需時日驗證。

苦追無益，換條賽道破題

“目前國產醫學影像設備的大部分元器件依賴進口”，王坤說，國內企業如果從頭研發將根本無法盈利，而且至少要花10年、20年才能達到別人的現有水平。

而到那個時候，最先進的醫學影像技術又發生了變化，還是競爭不過國外的企業。

如何擺脫跟著別人走的窘境？業內人士認為，與其在過去的傳統影像上競爭，不如在新的、更前沿的影像領域直接和國外展開競爭。

可競跑的新賽道中就有“分子影像”，即通過把造影劑打到人體內標記生物分子，進而看到人體內基因、蛋白等分子變化，可直接在活體上看到體內分子活動。

分子影像的概念1999年才在國際上被提出，我國2002年跟進。現在在該領域的論文發表、知識產權積累、國際國內專利數量上我國跟國外差不多。

據瞭解，中國科學院分子影像重點實驗室已研發出可在手術中導航的成像儀，在等待國家食藥監總局的認證批准，其元器件全部實現國產化。相關的分子探針也已進入新藥審批流程。

除了在新領域上搶佔先機，國家也已經啟動了相關研發計劃，立項提出了明確的目標，推動高端CT儀的生產和製造，以解決高端CT依賴進口的“卡脖子”問題。

5. 攻克核心技術需建立“試用生態”

6月21日，中國工程院院士、中國工程院原副院長杜祥琬，中國工程院院士倪光南等多領域專家，出席“亟待攻克的核心技術”科學傳播沙龍，共同探討如何破解我國核心技術受制於人的困境。

在談到我國網信領域“卡脖子”技術時，倪光南院士指出：“創新產品從起步到成熟，需要在應用中不斷髮展。”

他認為，在一些核心技術領域，自主技術產品已經從“不可用”過渡到了“可用”階段，如果有用戶基礎，並形成順暢的反饋機制，我國網信領域的一些軟硬件就會從“可用”向“好用”發展。

“在我國，尖端儀器設備多半靠進口。”杜祥琬表示，有些技術國內也有人做，但要想走向規模化的應用，需要有好的生態，“用起來”是關鍵。

作為專注航空發動機技術20餘年的專家，國家“千人計劃”特聘專家、天驕航空創新研究院常務副院長王光秋指出，在航空發動機技術領域，近年來我國已取得了多項進展，但技術應用仍然是有待解決的關鍵問題之一。

如何構建技術使用生態？中國科學技術發展戰略研究院預測所所長王革認為，構建生態首先要強調企業主體，以企業為主體才能把核心技術變成產品走向市場；其次要創新體制機制，例如構建以應用為導向的評價體系等。

自主可控是達到技術安全和網絡安全的必要條件。倪光南建議一些項目立項時應進行自主可控的評估。評估需要回答三個問題：有沒有第二家供貨商，是否掌握核心代碼，沒有供貨怎麼辦。

“我們希望企業所有的產品都應該有備份能力，性能可以沒有國外系統優秀，但可以應付市場上可能出現的各種情況。”倪光南表示，項目評估時，相關單位本著客觀態度容許企業可以“有而不強”，將是生態建設的一個重要方面。

6. 一層隔膜兩重天：國產鋰電池尚需撥雲見日

“也不知道這輛車的電池能堅持多久？”

6月15日上午，望著窗外駛過的又一輛新能源汽車，南開大學新能源材料化學研究所所長、博士生導師周震習慣性地自語道。

從事新能源材料研究20多年，看著日漸增多的新能源汽車，周震欣喜之餘，仍存憂慮，“鋰電池的基礎材料研究，我們與世界一流水平還有差距，尤其高端電池隔膜材料仍然依賴進口”。

在周震等業內專家看來，作為新能源車的“心臟”，國產鋰離子電池（以下簡稱鋰電池）目前“跳”得還不夠穩。

跨越太平洋的“四國遊戲”

在鋰電池領域存在著一個跨越太平洋的“四國遊戲”。“從行業角度來看，美國有比較強的研發設計能力，目前仍然引領鋰電池原始創新、核心材料研發；

日本作為電池材料製造大國，生產規範嚴格，能夠最先製造出新的成品電池；我國和韓國作為第二梯隊，後續跟進……”

周震解釋說，“相較日、韓，我國的低端鋰電池產品更有優勢，主要是由於人工和原始材料相對便宜，但是在部分高端產品，尤其是事關電池安全性的核心材料和製造工藝，仍有較大的差距。”

據瞭解，電池四大核心材料中，正、負極材料、電解液都已實現了國產化，唯獨隔膜仍是短板。國產隔膜主要供應低端3C類電池市場，高端隔膜目前依然大量依賴進口。

核心專利缺乏，隔膜等關鍵材料不給力，不僅成了國產鋰電池難以承受之痛，也拖了國產鋰電池企業“走出去”的後腿。

一層薄膜兩重天

“高端的隔膜一般附帶有陶瓷材料，如果電解液溫度過高，材料膨脹，孔隙會像閘門一樣關閉，切斷離子交流，從而避免電池因溫度過高而起火爆炸。”

周震介紹說，隔膜是鋰電材料中技術壁壘最高的一種材料，其技術難點在於造孔的工程技術、基體材料，以及製造設備。“技術要求高，價格自然也就貴，差不多佔到了電池總成本一成以上。”

目前，世界上最好的鋰電池隔膜材料出自旭化成和東燃化學兩家日本公司，而國內鋰電池鋁塑膜市場九成份額也被昭和電工等日本廠商壟斷。

天津力神公司的工程師告訴記者，與日本相比，我國的高端隔膜差距明顯。國產隔膜產品一致性不高，存在孔隙率不達標，厚度、孔隙分佈以及孔徑分佈不均等問題。

隔膜的品質直接影響電池容量、充放電循環壽命、阻燃止爆安全性能等指標。業內人士感慨：“一層隔膜兩重天，邁過去就是晴天！”

國產隔膜急需突破

記者採訪中瞭解到，我國在幹法工藝上已邁入了世界第一方陣，但在溼法隔膜領域，國內企業雖掌握方法，但整體仍難以與外國巨頭抗衡，此外，核心生產設備也主要依賴進口。

有電池行業協會據此估算，我國未來每年需要的高品質車用動力電池隔膜材料需求量將達到數億平方米。

“鋰電池發展要想不受制於人，隔膜等高端材料無法迴避！”天津巴莫股份有限公司總經理吳孟濤認為，如此巨大的市場需求，完全依賴外國廠商，不僅不現實，也將是國產動力鋰電池最大隱憂。

高端隔膜技術具有相當高的門檻，不僅要投入鉅額的資金，還需要有強大的研發和生產團隊、純熟的工藝技術和高水平的生產線。

周震認為，國內隔膜企業要想有更大的作為，必須要在基礎材料表面處理工藝、膠粘劑配方工藝、產品衝壓拉伸等涉及材料、設備和工藝控制等三大領域“補課”。

此外，在隔膜產業鏈上游，包括國產塗布機等在內核心生產裝備也需要迎頭趕上，儘快實現國產化更大突破。

“好比登山，離山頂越近成功登頂的希望就越大，而這時需要付出的努力也多！”周震說道。

7. 國產焊接電源“啞火”，機器人水下作業有心無力

我國是海洋大國，擁有300多萬平方公里海域，正在大力發展高端海洋資源開發和海洋維權裝備。海里的設備一旦出現開裂等故障，需要用有工業製造“縫紉機”之稱的焊接裝備修補。

深海焊接的實現靠水下機器人。而我國水下機器人焊接技術一直難以提升，原因是高端焊接電源技術受制於人。

水下焊接電源是關鍵

水下機器人，顧名思義是能在不同水深中進行多種作業的機器人。海洋島礁建造、海上油氣田、水壩建設、大型船艦修復、核洩露事故應急水下修補、軍事海防工程等，它都能應付自如。“人不敢去的地方它都敢去。”王振民說。

水下機器人焊接質量的好壞，受制於多種技術，其中最為關鍵的是焊接電源。“焊接電源為焊接電弧提供能量，焊接時電弧穩定燃燒是基本要求。”王振民說。

水火不相容，偏偏水下焊接就是要在水中通過“火”來完成的。由於焊接區域周邊一直處於水的強冷狀態，待焊接工件的表面也有水，在焊接電弧的引弧和燃弧過程中，電弧易熄滅，熔化金屬難以流動擴展，嚴重影響到水下焊接時電弧穩定性。

王振民表示，電弧穩定性主要取決於焊接電源的電特性及其動態調控能力。

然而，目前我國水下機器人焊接領域普遍使用陸上通用型（常壓環境）弧焊電源，或在此基礎上進行結構微調，對水下專用焊接電源的研究非常少，缺乏高性能的水下焊接電源，嚴重製約了水下機器人焊接質量的提升。

高端焊接電源基本被國外壟斷

雖然我國是全球最大焊接電源製造基地，年產能已超1000萬臺套，但高端焊接電源基本上仍被國外壟斷。“國外焊接電源全數字化控制技術已相對成熟，國內的仍以模擬控制技術為主。”王振民說。

由於國產電源不給力，水下機器人焊接技術一直難以得到提升。“弧焊工藝控制的智能化程度偏低，國內對焊接基礎研究投入不足，工藝積累有限，導致產品除價格外，與進口產品相比不具有競爭優勢。”

王振民指出，國產焊接電源網絡化自動化水平較低，導致各個自動化焊接部件信息量的傳遞十分有限，難以實現複雜焊接工藝的協同調控。

現在只有國外一兩家企業完全掌握水下機器人焊接技術。我國只能向國外購買，不僅價格貴，後期維護成本也極其高昂，同時還要被嚴格審核使用領域、範圍。

“國外技術人員來檢修深海石油管道，在出現問題的地方畫個圈圈，幾百萬甚至上千萬元人民幣就沒了。”王振民說。

技術雖有突破 卻難以產業化

華南理工大學是我國最早開展現代逆變式焊接電源裝備技術的單位，近年來，他們研發了逆變頻率可高達200kHz的新一代大功率逆變式焊接電源，逆變頻率的提高意味著對焊接電弧以及熔滴過渡行為的控制將更為精確。

與國外現有頻率20kHz的工業級焊接電源相比，雖技術有了較大突破，但王振民卻高興不起來，他說：“產業化還有很長的路要走。”

專業焊接人才極其匱乏是重要原因。近十多年，國內不少高校的焊接專業已被取消，用人單位對焊接的重視程度也不夠，待遇差，導致了人才儲備遠遠不足。

此外，“我國焊接裝備產業原有機械部定點的30多個國有廠家，多半已處於破產、倒閉或者關停狀態。

但目前市場上唱主角的均為改革開放以後成長起來的900多家合資企業和民營企業，而其中絕大部分民營企業幾乎沒有研發能力。”王振民建議，應逐步完善以市場為導向、政產學研用相結合的技術創新體系。

8. 少了三種關鍵材料，燃料電池商業化難成文章

前段時間，國務院總理在日本豐田汽車北海道工廠參觀考察了氫燃料電池車。這一舉動，被解讀為對氫燃料電池車產業釋放出利好信號。

一個有些尷尬的現實是，國外的燃料電池車已實現量產，但我國車用燃料電池還處在技術驗證階段。南方科技大學機械與能源工程系教授王海江指出，我國車用燃料電池的現狀是——幾乎無部件生產商，無車用電堆生產公司，只有極少量商業運行燃料電池車。

燃料電池是“一支隊伍”

一般來說，單節燃料電池的電壓偏低、電流偏大，在實際應用中需要由多節燃料電池串聯形成電堆，以提升輸出電壓。

氫燃料電池的動力來源是氫氣和氧氣，兩者會在燃料電池中開始它們的“奇幻”旅程：氫在陽極催化作用下氧化，生成質子和電子；電子經外電路做功，到達陰極；而質子通過質子交換膜從電池內部傳輸到陰極，質子與電子在陰極匯合並在催化作用下與氧反應生成水。

看起來似乎只是初中化學知識。但實際上，燃料電池的運作，是一個系統工程。

“燃料電池車是新能源車的一種，它是未來的發展方向之一。”中科院大連化物所燃料電池研究部部長邵志剛告訴科技日報記者，2014年年底，日本豐田公司宣佈實現燃料電池車的商業化；而在國內，一切尚處於起步階段。

關鍵材料還缺批量生產線

車用燃料電池，一般為質子交換膜燃料電池。

它有兩大關鍵部件，一個叫膜電極組件，一個叫雙極板。前者其實是由“三兄弟”構成：質子交換膜、催化層和氣體擴散層。

這些關鍵材料，決定著燃料電池的壽命和性能。

“巧婦難為無米之炊。我們的關鍵材料長期依賴國外，一旦國外禁售，我國的燃料電池產業便沒有了材料基礎支撐。”清華大學氫燃料電池實驗室主任王誠說。

其實，這些材料我國並非完全沒有，有些實驗室成果甚至已達到國際水平。但是，沒有批量生產線，燃料電池產業鏈依然梗阻。

特別是在氣體擴散層量產技術方面，我國還是空白。“這是因為氣體擴散層的石墨化工序需要經過2000℃以上的高溫才能製備，但關鍵設備高溫爐技術還掌握在國外手中。”王誠解釋。

要商業化，還得強鏈、補鏈

王海江此番回國，就是想帶著在燃料電池領域深耕多年的經驗，和團隊在深圳建成燃料電池產業鏈。

要打破發達國家的長期技術壟斷，就得加大對燃料電池核心材料產業化的投入。接受採訪的專家均指出，燃料電池產業鏈“非常長”，涉及到氫能系統、燃料電池發電系統以及汽車等終端產品。

“國內零部件、氫基礎設施以及標準規範還不健全，需要強鏈、補鏈，帶動新材料、新能源、汽車高端裝備製造成長，才能促進燃料電池商業化提速。”王誠強調。

9. 水下連接缺國產利器，海底觀測網傍人籬壁

除了船舶、遙感衛星，海底觀測網已成為第三種海洋觀測平臺——通過它，人類可以深入到水下觀測和認識海洋。

如果將各類纜系觀測平臺比作胳膊、腿，水下連接器就好比關節，對海底觀測網系統的建設、運行和維護有著不可替代的作用。

遺憾的是，無論是國家海底長期科學觀測網，還是短期實驗觀測網，目前我國水下連接器市場基本被外國壟斷。體積約2個易拉罐，最高售價80萬元。

水下連接器分為幹插拔連接器和溼插拔連接器。

江蘇中天科技股份有限公司楊華勇博士告訴記者，幹插拔連接器在陸上完成插拔操作，然後放入水下使用，我國已基本掌握該項技術。

溼插拔連接器難度更高，過程好比充電插頭與手機在水下完成插合，充電完畢後直接在水中拔下插頭，目前仍沒有可用的國內產品。

從外觀上看，溼插拔連接器與兩個易拉罐大小相當。

“根據布放海域的水深、電壓的大小，以及多芯還是單芯，價格差別懸殊，最貴的售價約80萬元，最便宜的也要20萬元。”楊華勇說。更重要的是，實驗觀測網要使用多個溼插拔連接器，並且連接器插拔次數壽命有限。

水下插合要滿足動態密封要求

有些規模大的觀測網在海底綿延數千公里，供電電壓達1萬伏甚至更高。

觀測網的電源被“裝”進一個叫接駁盒的“房子”裡。在主幹光電覆合纜與主接駁盒的電能、通信傳輸，以及次接駁盒與傳感器的電能及通訊傳輸中，都要通過溼插拔連接器這道“關卡”。

溼插拔連接器其實是一對公頭和母頭，母頭被固定。

“好比注射器，如果活塞與管壁結合嚴密，推動活塞可以將注射器內的液體全部排乾淨。”楊華勇說，溼插拔連接器不僅要滿足應用時插合狀態的密封要求，還要滿足動態密封要求——在插針未插入時閉合密封，插針插入和插合到位過程中也要保持密封。

但其工作環境往往在幾千米的水下，巨大的壓力下“活塞”與“管壁”難免變形。

水下壓力也讓內部空腔與外表面形成巨大壓差，連接器很難被拔開。

連接器與配接纜間的連接和密封，與連接器的機械強度、耐水壓性能和信號傳輸性能直接相關。但水中插拔通常由水下機器人（ROV）完成，這對連接器機械強度和結構設計提出了高要求。

羅續業告訴記者，歷經幾十年發展，這項技術才在歐美國家逐漸成熟。目前在建的海底觀測網系統使用的產品幾乎都來自美國Teledyne ODI，德國公司的產品在海上油氣開採方面擁有較大份額。

我國尚處於實驗樣機階段

“十二五”期間，在國家863計劃支持下，溼插拔連接器被正式列為水下組網項目的子課題。雖然科研經費量不大，但也意味著我國溼插拔連接器技術研究正式起步。

在羅續業看來，這是因為隨著海上石油、天然氣開採和海底觀測網建設，原來“小眾”的溼插拔連接器有了更多舞臺，一旦研發成功，將拓展水下設備、儀器的使用範圍，極大推動海洋立體觀測網自主技術開發。

由於起步晚，多名採訪對象表示，在溼插拔連接器領域我國與國外差距明顯。前幾年，一臺原理樣機在實驗中被“擊穿”而喪失“武功”，並沒有在實際中應用。

“近幾年我們開始自籌資金在‘啃難啃的骨頭’。因為一旦該連接器成為禁運品，整個海底觀測網的建設和運行將被迫中斷。”

多名採訪對象也表達了類似的觀點：海底觀測網事關國家安全，必須得到國家的高度重視。

最新消息是，最近國家已組織專家對水下溼插拔開展技術論證。

“目前我們基本掌握了原理，後續還要依靠市場和工業化手段來解決基礎材料、高精度加工工藝和深海應用試驗等問題。”楊華勇建議，溼插拔技術研究一定不能為了研究而研究，務必要按照產業化的理念來佈局技術攻關，儘可能加速研發和產業化進程。

10. 微球：民族工業不能承受之輕

這種球，直徑是頭髮粗細的三十分之一。少了它，你正盯著的液晶屏幕將無法生產。微球，現代工業的基礎材料，被國外企業壟斷。僅微電子領域，中國每年就要進口價值幾百億元人民幣的微球。

液晶屏的骨頭，芯片的腳

“2017年中國大陸的液晶面板出貨量達到全球的33%，產業規模約千億美元，位居全球第一。但這面板中的關鍵材料——間隔物微球，以及導電金球，全世界只有日本一兩家公司可以提供。

這些材料也像芯片一樣，給人卡住了脖子。”國家“千人計劃”專家、蘇州納微科技公司董事長江必旺博士說。

手機屏幕裡，每平方毫米要用一百個微球。“間隔物微球撐起了兩塊玻璃面板，相當於骨架。在兩塊玻璃面板的縫隙裡，再灌進液晶。”江必旺說。

微球另一個重要的用途，是芯片的引腳。電路常用焊錫連接，但現在的芯片太小，引腳小到看不清，導電金球就替代了焊錫。

幾微米直徑的微球，混在絕緣膠裡，構成“各向異性導電膜”。這層膜貼在芯片和主板之間，需要接腳的地方給予壓力，小小金球就會在兩者之間導電，這是現在微電子業標準的辦法。中國從日本進口導電膠膜每年要花費上百億元人民幣。

微球太小，篩分困難

江必旺說，無論是間隔物微球，還是導電金球，粒徑要非常精確和均勻。

微球的材料是塑料或二氧化硅。製作微球，第一步，在反應液裡，塑料或者硅烷變成液球，並且固化。“就好像油快速攪拌在水裡，會分散成小球一樣。”江必旺說。

這種方法做出的微球有大有小，需要精密篩分。“用一般的篩子是做不到的，因為微球每隔0.2微米是一個規格。2微米和2.2微米的兩種球，要分開是極其困難的。世界上只有日本的公司可以篩分這種微球，週期長達6個月。”江必旺說。

篩分工藝是行業秘密，大概原理是利用大小球的浮力不同，下沉有快有慢，在液體中分離。

生產導電金球，還得多幾道工序：表面處理後，鍍上一層金或者鎳。100納米厚的這層金屬，必須薄厚均勻；球和球互不粘連。普通鍍金工藝是行不通的。

由於技術門檻極高，導電金球生產被日本的積水公司壟斷。

沒有微球就造不出生物藥

沒有微球，食品安全檢測、疾病診斷、環境監測……許多行業都會陷入窘境。製藥廠尤其離不開微球。江必旺說，用於提取生物藥的微球，表面有很多孔道，可以吸附特定大小的分子。

“一克微球的表面積，相當於一個足球場，如果微球表面有一些特殊基團，就可以選擇性吸附藥物有效成分。”江必旺說，全世界的生物製藥都必須使用微球做色譜填料。

這類微球不僅需要控制大小、均勻性，還需要控制孔道結構，難度很大，過去只有歐美幾家公司能生產，現在蘇州納微也已經可以量產。

國產原材料不純影響微球性能

嘗試生產微球的江必旺，遇到了想象不到的困難。

“在開發液晶間隔物微球材料時，首先就遇到國內基礎原料質量差的問題。”江必旺說，“苯乙烯是通用的化工單體，國內產能位居世界首位。

但國產苯乙烯和二乙烯基苯雜質含量高，尤其是萘含量高，用其生產出來的間隔物微球機械強度低、變形大，不能滿足控制液晶顯示的要求。”最終，納微公司只得選用國外的原料。

“雖然納微開發了比日本先進的微球製造技術，但由於國產的原料質量及不鏽鋼性能問題，浪費了大量時間和精力。”江必旺說，“從這個案例可以看到，中國做關鍵材料和關鍵部件的難度有多大。”

11. 自家的掘進機卻不得不用別人的主軸承

主軸承，有全斷面隧道掘進機（簡稱掘進機）的“心臟”之稱，承擔著掘進機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，工作所處狀況十分惡劣。

“就整機制造能力而言，國產掘進機已接近世界最先進水平，但最關鍵的主軸承全部依賴進口。”中國鐵建重工集團中央研究總院梅勇兵博士告訴記者。

承受巨大載荷和強烈溫升

掘進機主軸承工作環境非常惡劣，要承受高速旋轉、巨大載荷和強烈溫升。

“掘進機工作的地質具有未知和突變的特點，加上刀盤滾刀破巖時的突變載荷，使得主軸承必須承受住持續、突變和各個方向的載荷。”洛陽軸承研究所有限公司李雲峰博士說。

在地下密閉的工作空間，主軸承還因長時間連續工作產生摩擦熱，溫度從20攝氏度最高升至120攝氏度。“巨大載荷和強烈的溫升，不僅極大地降低了軸承材料的剛度，也使其強度大幅退化。”

李雲峰認為，這種工況，對掘進機主軸承的可靠性指標要求十分嚴苛。因技術含量高，單個主軸承成本約佔掘進機的1/20左右，是掘進機所有零件中最值錢的。

“在既定施工段，若掘進機主軸承出現故障，進行現場維修或更換極為困難，甚至不可行。”梅勇兵說，這要求主軸承不能出任何故障，掘進機制造商寧願出高價，選擇配置高可靠性的國外知名品牌主軸承。

據介紹，我國掘進機年生產規模約為450臺，僅進口軸承一項即達近10億元。

尺寸巨大結構最複雜，製造需要上百道工序

與直徑僅有幾百毫米的傳統滾動軸承相比，掘進機主軸承直徑一般為幾米，是結構最複雜的一種軸承，製造需要上百道工序，主要由套圈、滾子和保持架3部分組成。

“掘進機主軸承尺寸龐大，在安裝方式上迥異於傳統滾動軸承，必須採用螺栓與主機聯接的方式，這樣就需要安裝孔。”李雲峰說，安裝傳統應用領域的軸承，一般採用通過內、外圈與主機部件配合的方式，孔的數量通常是個位數。

以直徑6.34米掘進機配套主軸承為例，其直徑3米，有20個安裝孔、40個注油孔、20個連接孔和10個定位孔，整套軸承零件總數達到600多個。

“這麼多的孔，使設計和加工過程如趟雷區，務必時刻保持高度小心，避免相互干涉。”李雲峰說，如果因設計人員有一丁點疏忽，在安裝孔的位置圓周基準上出現絲毫錯誤，依圖加工後都會造成大量廢品。

國外現代掘進機實踐已近百年，除原材料的強度遠超國產外，在設計和工藝上更具超強的實力。“無論是主軸承工作載荷的確切理論數據，還是工程實測數據，都非常完善，為其設計和建模提供了真實而豐富的依據。”李雲峰說。

當前，世界上能研製掘進機主軸承的企業僅四家，分別是德國的羅特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF，其中，羅特艾德佔有全球全斷面隧道掘進機領域絕大部分市場份額。

據悉，羅特艾德公司製造的主軸承技術和工藝水平最高，其生產的主軸承直徑已突破7米多，裝配於多臺14米直徑的掘進機，掘進隧道長度累計已超過50公里。

掌握直徑3米核心技術，實驗壽命等同國外同類產品

除受材料因素制約外，在設計和工藝上，國產掘進機主軸承與國外產品都存在很大差距。

“國內現有的滾動軸承理論，是基於剛性套圈假設，不適於分析掘進機主軸承的內部受力狀況。”洛陽軸承研究所有限公司董事長王景華說，我國掘進機制造歷史僅十餘年，所有數據都非常匱乏，設計計算只能輸入估算的載荷，如此設計的軸承難以匹配實際的工況。

王景華還介紹說，國外知名軸承企業更注重軸承與主機結構的匹配，在設計時，將軸承視為主機的組成部分，二者協同進行。反觀國內，軸承與主機的設計則“各自為政”，相互獨立。“相互不熟悉，主軸承根本無法響應主機環境的力學行為。”

李雲峰說，要適應主機環境的力學行為，需要十分複雜的動力學模型、工程數據和數值計算平臺，國外軸承設計的合理性，是通過大量實驗驗證的，並積累了大量工程數據，這些方面在我國幾乎全是空白。

掘進機主軸承國產化曙光正在初現

“我們已開始與國產掘進機領軍企業——鐵建重工緊密合作，率先開展了掘進機主軸承的研究工作。”

王景華透露，作為國內唯一的滾動軸承綜合性研究機構，覆蓋基礎及應用研究，擁有盾構及掘進技術（軸承）國家重點實驗室，洛陽軸承研究所正加速實現技術研發步伐，目前已掌握直徑3米的主軸承核心技術，實驗壽命等同國外同類產品，力爭2018年裝機試用。

12. 我們的蛋白質3D高清照片仰賴舶來的透射式電鏡

5月29日，清華大學生命科學院博士生張森森的蛋白樣品9時準時在液氮環境下進入冷凍電鏡。幾天後，埃（10-10）級精度的蛋白質“高清3D彩照”將出爐。研究人員可以“直視”單個蛋白質的分子結構，並解出生命運轉機理。

透射式電鏡的生產能力是冷凍電鏡製造能力的基礎之一。“國內沒有一家企業生產透射式電鏡。”賽默飛公司技術支持陳寶慶說得不假思索，他畢業於北京大學地球物理專業，對行業非常瞭解，他介紹，“之前還有幾個企業製造，比如原江南光學儀器廠現在就不造了。”

能做到單電子束控制的燈絲，只有進口

“理論上說，只要施加足夠強的電場，電子就會從材料中‘遊’出來。”陳寶慶說。但“遊”的狀態與可以使用的電子狀態相距甚遠。

什麼樣的電子才能為蛋白質拍攝高清3D彩照呢？東南大學材料科學與工程學院萬克樹教授描述了理想的狀態：速度完全一樣的電子，從“源頭”的一個點上、非常多地發射出來。

“這些要求是相互矛盾的。”萬克樹解釋，電子從材料表面溢出，要發射電子多，面積就要大，但是面積大了就難以滿足一致性要求。

如果把電子槍想象成一把槍，它必須以“狙擊”的精度完成機槍的掃射，“子彈”的角度、速度完全一致。

“電子的能量要做到高度一致，雖還達不到激光的程度，但也必須是很窄的分佈。”陳寶慶解釋，電子“子彈”一致性是提高圖像分辨率的前提。

為此，電子槍的核心構造其實是一根極細的“陀螺針”，形似陀螺，尖端卻比針還細。電子從尖端出發，在真空的環境下，前去與大分子“相撞”，進而反映出分子構象。

“之前的技術路線是通過加熱讓電子槍發射電子，發射源（俗稱“燈絲”）用鎢絲或六硼化鑭，需要2500℃左右，高溫促使電子發射，但也使電子異常活躍、難以控制，因此熱發射電子槍的電鏡精度低。”萬克樹說。

“場發射是通過高壓電場，把電子從‘燈絲’里拉出來，室溫下可完成。”萬克樹說，“所用燈絲國內沒有生產，全部依賴進口，每根上萬美元左右。”

上了郵票的科研成就，被中斷

場發射的另一個關鍵部分是牽拉出電子的外加電場，電場電壓高達300千伏。“在這樣的高壓下保持電壓穩定，才能‘拉’出穩定一致的電子，專業上稱為‘單色性好’。”萬克樹說。

據題為《中國透射式電子顯微鏡發展的歷程》的文章記載，1963年，我國就開始了高壓100kV電子槍穩定因素探討的實驗，1965年完成樣機，中國自主研製透射式電鏡於1979年達到當時的國際先進水平，還專門為國產的電子顯微鏡發行過紀念郵票。

該領域的研發卻由於種種原因一度中斷。

“他們想到的捷徑之一是把生產廠商的專利拿來參考，但是其中很多生產工藝是秘方級別的，根本不會外傳。”陳寶慶說。

從“看人影”到“辨雀斑”，中國研發沒使上勁

“如今，中國只有一家企業生產掃描電鏡，透射電鏡完全不生產了。”陳寶慶說，德國蔡司公司也停止了透射電鏡的生產，目前世界上生產透射電鏡的廠商只有3家，分別是日本電子、日立、FEI（2016年被賽默飛公司以42億美元收購。）

沒有市場是設備巨頭紛紛放棄透射電鏡的原因。“透射電鏡之前的清晰度，使得冷凍電鏡在科學研發上基本沒有實際作用。”陳寶慶說。可以理解為，以前只能看清楚個人影，現在卻能辨認清楚臉上的雀斑。

除了電子槍的原理變化，冷凍電鏡上其他的技術精進，例如三維重建算法的實現、樣品製作機器人的研發成功等，使得冷凍電鏡的分辨率大規模提升，成為生命科學研究的利器。

在冷凍電鏡從“看人影”到“辨雀斑”的發展歷程中，中國沒有使上勁。在冷凍電鏡實驗室中，從耗材到配件都必須進口。“加樣臺10萬元一個、小金片50元一個、外託150元一個……”

張森森說，所有匹配冷凍電鏡使用的工具都需要原裝，根本不存在“山寨版”。零件壞了找不到人修理，只能等待零件郵寄到貨後進行更換。對於中國的冷凍電鏡使用者們來說，這樣的體驗可能還要持續不短的時間。

13. 中國半導體產業因光刻膠失色

“假如我們把光刻機比作一把菜刀，那麼光刻膠就好比是要切割的菜，沒有高質量的菜，即使有了鋒利的菜刀，也無法做出一道佳餚。”日前，江蘇博硯電子科技有限公司技術部章宇軒在接受記者採訪時說。

目前，上游高端電子化學品（LCD用光刻膠）幾乎全部依賴進口，必須加快面板產業關鍵核心材料基礎研究與產業化進程，才能支撐我國微電子產業未來發展及國際“地位”的確立。

彩色薄膜少了光刻膠，產生不了絢麗的畫面

章宇軒介紹，我們在日常工作生活中，之所以能從顯示屏幕上看到色彩斑斕的畫面，就是離不開屏幕中厚度只有2μm、卻佔面板成本16％的一層彩色薄膜。然而，彩色薄膜顏色的產生，必須由光刻膠來完成。

LCD是非主動發光器件，其色彩顯示必須由本身的背光系統或外部的環境光提供光源，通過驅動器與控制器形成灰階顯示，再利用彩色濾光片產生紅、綠、藍三基色，依據混色原理形成彩色顯示畫面。

其中，根據顏色的不同，可以將光刻膠分為黑色、紅色、綠色、藍色四種。彩色濾光片的製作就是在玻璃基板上應用黑色光刻膠製作黑色矩陣，再應用紅、綠、藍光刻膠製作三原色像素。

江蘇漢拓光學材料有限公司副總經理孫友松告訴記者，在光刻膠研發上，我國起步晚，2000年後才開始重視。近幾年，雖說有了快速發展，但整體還處於起步階段。事實上，工藝技術水平與國外企業有著很大的差距，尤其是尖端材料及設備都仍依賴進口。

工藝技術難以突破，國內企業受制於人

目前，整個產業是中間加工環節強，前後兩端弱，核心技術至今被TOK、JSR、住友化學、信越化學等日本企業所壟斷。”江蘇博硯電子科技有限公司負責銷售的經理李中強說。

近年來，儘管光刻膠研發有了一定突破，但國產光刻膠還是用不起來。目前，國外阻抗已達到15次方以上，而國內企業只能做到10次方，滿足不了客戶工藝要求和產品升級的要求，有的工藝雖達標了，但批次穩定性不好。

“10次方的光刻膠經過多次烘烤，由於達不到客戶需求的防靜電作用，不能應用到最新一代窄邊框、全面屏等高端面板上。而國外做到15次方就有了很好的防靜電作用。這還是我們的光刻膠材料、配方、生產工藝方面存在問題。”李中強說。

關鍵指標達不到要求，國內企業始終受制於人。就拿在國際上具有一定競爭實力的京東方來說，目前已建立17個面板顯示生產基地，其中，有16個已經投產。但京東方用於高端面板的光刻膠，仍然由國外企業提供。

基礎性研究仍需發力，政府要重視鼓勵應用牽引

能讓顯示屏幕絢麗多彩的光刻膠，仍是中國半導體產業之“痛”。該如何打破歐美及日本等國家和地區的封鎖與壟斷？

有專家提出，儘管國產光刻膠在高端面板一時用不起來，但政府還是要從政策上鼓勵國內普通面板的生產企業儘快用起來。

只有在應用過程中才能發現問題，解決問題，不斷提升技術、工藝與產品水平，實現我國關鍵電子化學品材料的國產化，完善我國集成電路的產業鏈，滿足國家和重點產業的需求。

14. 高端軸承鋼，難以補齊的中國製造業短板

作為機械設備中不可或缺的核心零部件，軸承支撐機械旋轉體，降低其摩擦係數，並保證其迴轉精度。在他看來，無論飛機、汽車、高鐵，還是高精密機床、儀器儀表，“凡是旋轉的部分，都需要軸承”。

毫不誇張地說，發動機中的軸承一直在“煉獄”中工作——它不僅要以每分鐘上萬轉的速度長時間高速運轉，還要承受著各種形式的應力擠壓、摩擦與超高溫。

這對軸承的精度、性能、壽命和可靠性提出了高要求，而決定這四點的關鍵因素，在於其材質。

遺憾的是，雖然我國的制軸工藝已經接近世界頂尖水平，但材質——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進口。

最近，記者到華東某大型國有鋼鐵集團採訪，瞭解到後者的尷尬。作為“中國企業100強”，這家鋼鐵集團擁有自己的精品鋼基地，但卻做不出軸承用高端鋼，只能依賴進口，前不久，花了近1億元進口軸承用鋼。

高端軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙臺、濟南建立基地，採購中國的低端材質，運用他們的核心技術做成高端軸承，以十倍的價格賣給中國市場。

鍊鋼過程中加入稀土，就能使原本優質的鋼變得更加“堅強”。但怎麼加，這是世界軸承巨頭們的核心秘密。

如同一盆水中滴入一滴墨水，1噸鋼加入多少微量稀土比較合適？怎麼加？

難題懸而未解，導致的後果是：目前，除少量鋼種外，鋼鐵企業在實際生產中幾乎放棄了稀土的應用。

不過，研發高端軸承用鋼的道路上，不全是壞消息。

前一階段，中科院金屬所材料加工模擬研究團隊通過對單重百噸級大鋼錠的實物解剖和計算，發現雜質是導致成分不均勻的主要根源，據此提出新的鋼中缺陷形成機理，在行業內引起很大反響並迅速獲得應用。

此後，該團隊開發了商用稀土合金的純淨化製備技術和稀土在鋼中特殊加入技術，從而突破了稀土在鋼中進行工業化應用的技術瓶頸，實現了在鋼中添加稀土後的工藝順行和性能穩定。

記者瞭解到，近段時間，國家有關部委正在醞釀相關政策，推動高端軸承用鋼的國產化進程。可以說，解決高端軸承用鋼的“卡脖子”難題，我們又向前邁進了一步。

15. 算法不精，國產工業機器人有點“笨”

兩臺機器人分別控制雙層托盤，讓其不斷地傾斜、轉動，另一臺機器人控制機械臂在托盤上十個障礙物間不停地穿行而不受阻礙。

這段工業機器人演示視頻讓人看得眼花繚亂。“這可是人家2009年的技術，我們現在也無法做到”，資深機器人從業者馬龍感慨地說。

想要完成如此複雜的動作，工業機器人的大腦——核心控制器必須足夠聰明。

但由於沒有掌握核心算法，國產工業機器人“大腦”還不夠聰明，穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業機器人“四大家族”發那科、ABB、安川、庫卡（以下簡稱“四大家族”）的產品。

據統計，我國已經連續5年成為世界第一大機器人應用市場，但高端機器人仍然依賴於進口。核心算法的差距，是國產工業機器人向高端製造邁進的攔路虎。

算法欠賬多，國產“大腦”愛出錯

作為工業級產品，衡量機器人優劣主要有兩個標準：穩定性和精確性。核心控制器是影響穩定性的關鍵部件，有著工業機器人“大腦”之稱。而軟件相當於語言，把“大腦”的想法傳遞出去。

要講好這門“語言”，需要底層核心算法。“四大家族”可以出售伺服系統、減速器、編碼器等關鍵部件，但對核心算法一直秘而不宣，絕不外洩。

“工廠裡一百多臺‘四大家族’設備，一年也出不了幾次故障；如果用國產機器人，故障率可能是人家幾倍。”瀋陽霹靂科技有限公司技術合夥人、資深機器人軟件工程師周超說。

因此，部分客戶寧願買二手進口機器人，繳納一筆不菲的“重新開機費”，也不願意使用國產機器人。

“好的算法，幾千行就能讓機器人穩定運行不出故障；差的算法，幾萬行也達不到人家的水準，”周超介紹，“就好比兩個司機開車，剛拿駕照的新手和經驗豐富的賽車手，上路之後差距一目瞭然。”

知其然，不知其所以然，正是核心算法多年來欠賬的結果。

軟件卡脖子，定價權拱手讓人

算法的差距不只體現在核心控制器上，更拖慢了伺服系統響應的速度。機器人每完成一個動作，需要核心控制器、伺服驅動器和伺服電機協同作戰。打個比方，就像一場“戰爭”，“將軍”下令進攻；“傳令兵”傳遞進攻信號；得令的“士兵”向指定位置衝鋒。

現在“四大家族”的產品已經進化到“將軍”通過4G信號直接指揮“士兵”；而國產機器人尚停留在傳令兵時代，速度當然就慢了許多。

“如果不掌握核心算法，這一差距很難被縮小。”馬龍告訴記者。據他介紹，對於單臺伺服系統，國產機器人動態與靜態精度都很高，但高端機器人一般同時有6臺以上伺服系統，用傳統的控制方法難以取得好的控制效果。

由於算法、軟件的差距，最終產品的售價也天差地別。以伺服系統為例，即使核心元器件幾乎完全一樣，成本其實相差無幾，但國外的產品售價貴10倍。

“這是因為國產伺服系統基本都使用自帶軟件庫，國外企業限制很多高級功能，不向我們開放，比如位置環的S曲線功能，你想要這個功能，就得掏錢買人家的產品，定價權就這樣讓出去了。”馬龍說。

鼓勵企業投入研發，機器人未來可期

工業機器人市場有點像幾年前的智能手機市場。只要熟悉產業鏈、供應鏈，很快就能“攢”出一臺機器人產品。但想要掌握核心技術，卻並不那麼容易。

當某一項技術取得突破，等待市場檢驗、慢慢成熟時，國外廠商很可能會壓低該零部件的價格，提供功能更成熟、價格更便宜的方案，導致國內企業投入與回報不成正比，這也是很多企業不願意在底層研發上投入的原因。

“作為從業者，我們希望能有更多以技術為導向的政策，只要技術達標，就給予企業一定的市場空間，在實踐中慢慢打磨產品，吃透核心技術，鼓勵企業將更多的人力、財力投入到研發當中，這樣才能讓國產工業機器人真正在世界的舞臺上唱主角，”馬龍說。

16. 航空鋼材不過硬，國產大飛機起落失據

“如果把發動機和飛控設備比作飛機的心臟和大腦，那麼航空超高強度鋼製作的起落架就是飛機的‘腿腳’。沒有強健腿腳，縱使心臟和大腦再強大，巨人依然站立不起來！”“青年千人計劃”學者、南開大學材料學院教授、博士生導師梁嘉傑對記者說。

在梁嘉傑等材料科學家看來，隨著中國大飛機等項目的加速推進，國產航空超高強度鋼材的研發製造必須迎頭趕上，才能讓國產大飛機更穩健地翱翔藍天。

美國300M是世界主流

在航空業，大飛機是指起飛總重量超過100噸的運輸類飛機，包括軍用、民用大型運輸機和150座以上的幹線客機。每架大飛機的起落架用特種高強度鋼約15噸。因為國產材料不過關，首架C919下線試飛時，起落架用進口材料製作。

梁嘉傑告訴記者，就目前起落架鋼材使用現狀來看，美國的300M鋼使用範圍最廣。300M鋼是1952年由美國國際鎳公司研發，並採用整體鍛件製造工藝製造而成，其強度在1900MPa—2100MPa，相當於20000個大氣壓。迄今為止，美國九成以上軍民用飛機起落架材料由300M鋼擔綱。

必須翻過純淨度這座“山”

“從原子變分子，氫就如同嘯聚山林的好漢，聚到一起就會產生很大的破壞力。用於製作起落架的超強度鋼最怕這個。”該教授形象地說。而記者瞭解到，美國飛機部件破壞調查分析表明,起落架多數是由於表面應力腐蝕或疲勞裂紋擴展而導致最後斷裂的。

美國的300M鋼採用真空熱處理技術，避免了滲氫，零件表面光亮，無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面質量。

與此形成對比，國內用於製作起落架的國產超強度鋼材有時會出現點狀缺陷、硫化物夾雜、粗晶、內部裂紋、熱處理滲氫等問題，這些問題都與冶煉過程中純淨度不夠有關係。

目前，我國的超高強度鋼材研製水準與歐洲、俄羅斯相比基本相當或略有優勢，但在材料創新基礎研究能力，尤其是高純度熔鍊技術方面與美國還有較大差距，存在很大提升空間。

“未來，應該重點關注提升超強度鋼純淨度。”中國航發北京航空材料研究院研究員、中國工程院趙振業院士說，純淨度會影響航空器械的“壽命”，也是所有航空超高強度鋼的“命門”，是必須要翻越的山。

他打比方說，其影響如同我國的氣候分水嶺秦嶺一樣明顯，翻過秦嶺是四川的溼潤氣候，秦嶺以北是陝西的氣候。航空器關鍵構件達到長壽命、高可靠、結構減重，首先要過了純淨度關，然後才能談抗疲勞性等金屬材料的其他特性。

部分技術還停留在實驗室階段

全球航空航天材料市場預計到2022年將達到258億美元，這是一個快速增長的龐大市場，目前高端新材料基本上被美國和歐洲壟斷著。根據測算，我國高溫合金行業長期處於供不應求的狀態，年市場缺口近1萬噸。

有鋼鐵冶金業內人士告訴記者，大飛機用的超強度鋼材完全國產化這一過程還有一段很長的路要走。

國內高性能鋼鐵部分製造技術，尤其是新一代數字化和智能化控軋控冷技術、先進熱處理技術、變截面軋製技術、溫度梯度軋製技術、高精度軋製技術，我們與美國、日本還有不小的差距，有的還停留在實驗室層面，超高強度鋼材實現完全國產化，還要加強科研。

17. 燒不出大號靶材，平板顯示製造仰人鼻息

一塊小小的玻璃，不僅可以導電發光，還可以幻化出形式各異的文字和靜態、動態的炫目影像，這就是人們如今已司空見慣的各色平板顯示屏。

玻璃本身不導電，也不發光，奧妙全在於背後塗裝的一層薄薄透明導電膜。就是這層不足頭髮絲直徑五百分之一的膜，背後有一塊看不見的“靶”。

“全國有20餘家靶材生產製造商，但能做超過32英寸靶材的，我們還是‘零’！” 在這個行當搞了20多年研發的鄭州大學教授、河南省資源與材料工業技術研究院原總工程師孫本雙告訴記者。

問題出在尺寸上

在有色金屬的“朋友圈”裡，銦錫的氧化物是實現電學傳導和光學透明的絕佳組合。

作為有色金屬氧化物，簡稱為ITO的氧化銦錫在平板上具有很好的導電性和透明性，它還可切斷對人體有害的電子輻射、紫外線及遠紅外線，是平板顯示器製造的重要原料。

在薄膜狀時，它是略顯茶色的透明物質；在塊狀時，呈黃偏灰色。

但它並不是像油漆一樣被刷到平板玻璃上使用，而是先被製作成標準尺寸的固體靶材，由操縱磁控濺射的“槍手”，不斷“射擊”，將其氣化濺鍍到玻璃基板或柔性有機薄膜上，形成一層ITO膜。這層膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30納米至200納米。

ITO靶材不僅用於製作液晶顯示器、平板顯示器、等離子顯示器、觸摸屏、電子紙、有機發光二極管，還用於太陽能電池和抗靜電鍍膜、EMI屏蔽的透明傳導鍍膜等，在全球擁有廣泛的市場。

但就在尺寸的問題上，國內ITO靶材企業一直鮮有突破，而後端的平板顯示製造企業也要仰人鼻息。

技術和工藝是個難邁的坎

ITO靶材核心技術長期把持在日本三井、東曹、日立、住友、VMC和韓國三星、康寧等大企業手裡。

對國內的企業來說，技術和工藝是個難邁的坎。由於ITO靶材是由高溫燒結而成，燒結技術工藝決定了產品質量，功夫不到家的話，最常出現批次質量不穩定的問題。

濺射到屏上，有的ITO膜表面出現“麻點”；有的在蝕刻時容易出現直線放射型的缺劃或電阻偏高帶；還有的會出現微晶溝縫。

當談到生產裝備與國外的差距時，孫本雙教授嘆息說：“差遠了！”燒結大尺寸ITO靶材，需要有大型的燒結爐。國外可以做寬1200毫米、長近3000毫米的單塊靶材，國內只能製造不超過800毫米寬的。“這如同人家已經在燒製大型地板磚，我們還只能燒小瓷磚。” 孫本雙說。

在產出效率方面，日式裝備“牛氣”，月產量可達30噸至50噸，我們年產量只有30噸——而進口一臺設備價格要花一千萬元，這對國內小企業來說無異於天價。

目前，也有部分仿製的設備，但耐火材料不過關，難耐燒結工藝所需的烈火考驗，燒結爐總體質量差強人意。“這需要生產技術與裝備國產化重大專項的支持。”孫本雙說。

質量不穩定、不過關的材料，誰見誰怕。各色終端生產廠家盤算下來還是覺得買國外進口的省事，久而久之，依賴進口成了“癮”。

功能性產品：有色金屬大國之痛

每年我國ITO靶材消耗量超過1千噸，一半左右靠進口，用於生產高端產品。受有色金屬期貨價格波動和技術封鎖等因素疊加作用，長期以來價格高企，成品價格最高達每公斤6千至8千元，佔據企業不小的成本。

“資料顯示，我國半導體產品的進口花費超過石油”。2017年度何梁何利基金獎獲得者、昆明理工大學副校長楊斌教授說。

在中國，半導體重要原料銦、錫的採選、冶煉水平已處於世界頂尖水平，產量和品級也堪稱世界一流。全球近80%的高品質銦、錫來自中國，日企長期購買中國銦錠。

“但我們缺乏下游功能性產品和足夠長的產業鏈，只能賺取原材料的初級利潤，比如高品質、大尺寸的ITO靶材，就是粉末冶金和半導體行業的痛。”楊斌教授說，國內的大尺寸靶材都只在實驗室階段，技術是一個難點，難以實現量產則是關鍵。

隨著近十年來國內LCD產業的發展和PDA、電子書等觸摸式輸入電子產品的悄然興起，尤其是目前，隨著有機發光二極管（OLED）以及其他顯示器件的發展，對ITO靶材製成工藝和設備有了更新、更高的期待。未來一段時間內，這仍是一個有前景的產業。

18. 沒有這些訣竅，我們夠不著高端電容電阻

一部手機有幾百個電容和幾百個電阻，佔了電子元件的大半。中國是最大的基礎電子元件市場，一年消耗的電阻和電容，數以萬億計。而最好的消費級電容和電阻，來自日本。

大批量一致性比不了日本

電容和電阻，是電子工業的黃金配角。電容市場一年200多億美元，電阻也有百億美元量級。市場的“頭號玩家”是日本，佔據一半以上份額，以村田、TDK等企業為代表；臺灣地區位居次席；而中國大陸的產品多屬於中低端。

“不能簡單說我們不如別人，”電子工程師、瑞迪航科（北京）技術有限公司總經理武曄卿說，“在軍用級別，國產電阻電容是能滿足需求的；一些特殊的定製電阻，國內公司也能生產。我們比起日本有差距的，是在消費級的、大批量生產的元件上。”

武曄卿說，國內企業相當於“什麼菜都會炒，但不保證每次炒出來是一個味兒”。基礎電子元件一批次可生產百萬件，一致性對質量控制極端重要。

比如某個電容不達標，可能會讓手機充電更慢，因此手機各大品牌只採購大廠商的電容電阻。“工藝、材料、質量管控上，國內企業相對薄弱。”武曄卿說，“有一些‘Know How（小竅門）’沒掌握。”

煎餅不難做，但人家做得更平整

MLCC（多層片式陶瓷電容器）是個典型，它是消費電子行業用量最大的基礎元件，也是日本企業的強項。目前日本的MLCC產品可以做到1000層，中國產品在300層左右。

“MLCC就像千層酥，只不過小得多。”業內工作多年的電子工程師張光華說。MLCC米粒大小，是一個內有電極的陶瓷塊兒，是幾百層陶瓷和幾百層金屬疊壓起來的。電容的原理是兩電極夾一層絕緣介質，以儲存電荷。介質層越薄，電容數值越大。

張光華說，製作MLCC有點像攤煎餅：陶瓷粉末漿，被刮刀攤平成厚度約1微米的塗層，再敷上去一層金屬粉末漿，這就是陶瓷介質貼上了電極。

之後，一大張薄膜被疊壓、烘乾、燒成瓷。“烙千層的煎餅，很難平整。”張光華說，“各家水平不一樣，要是‘煎餅’裂了一道縫，電容數值就不夠大。

張光華說，哪一環節不到位，產品就可能大比例不達標。客戶要求是一百萬個MLCC只允許一個不合格。另外，MLCC很脆弱，同一種規格的產品，大品牌可能細節更優秀，更不易機械損壞。

日本企業定位高端

生產電容的企業，一般也生產電阻和電感等“被動元件”。工藝有相通之處。如消費電子產品用量最大的電阻：薄膜電阻，只有牙籤頭大小，以陶瓷為基底鍍膜製造，工藝稍不精細，指標大打折扣。

材料是中國電子元件企業的短板：陶瓷漿涉及鈦酸鋇和氧化鈦諸多陶瓷材料，還混合了有機膠等等，電極漿則混合了鎳粉、銅粉和樹脂等等，配方都需要鑽研。質量最高的陶瓷漿和電極漿產自日本公司。日本巨頭如村田和京瓷，從做材料起家，後來才製造電子元件。

武曄卿說，二戰後日本專注民用電子，電子產業集聚，有利於村田這類材料企業延伸業務。“就好像生產麵粉的廠子，自己也開了拉麵店。”

數十年堅持基礎研發的日本巨頭，始終矚目高端。去年底到現在，基礎電子元件持續瘋漲，武曄卿說，原因是日本幾家巨頭停產了利潤率見薄的產品，集中精力於高端市場。

根據業界估計，隨著手機更輕薄和頻段更多，體積小性能好的元件用量會大大上升，iPhone使用的MLCC是手機中最多的，最新的iPhone要用上千顆。電腦和電視的用量比手機只大不小。

汽車（尤其是電動汽車）使用的電容和電阻更多，且元件質量要求苛刻，因為衝擊、溫度、粉塵和腐蝕等條件更惡劣，且不能有安全隱患。車用元件市場大，但技術門檻很高，未來可能會繼續被日本巨頭把持。

19. 激光雷達昏聵，讓自動駕駛很糾結

人靠眼睛看路，無人車也是。激光雷達就是無人車的“眼睛”。

伴隨自動駕駛的落地，原來主要用於三維掃描的激光雷達，成為自動駕駛汽車的必備，甚至決定著自動駕駛行業的進化水平。但在這個切中行業要害的領域，國貨幾乎沒有話語權。

激光雷達不可取代

激光雷達是個傳感器，自帶光源，主動發出激光，感知周圍環境，像蝙蝠通過超聲波定位一樣。

按照自動駕駛L1—L5的等級劃分，L3及以下屬輔助駕駛或低級別自動駕駛，L4、L5才算得上高級別自動駕駛甚至無人駕駛。

目前的自動駕駛都處於L3以下階段，毫米波雷達甚至攝像頭都能夠滿足汽車的視覺需求，特斯拉就應用了前者。但要想發展到高級別自動駕駛階段，受測距、分辨率、精度、信息全面性的影響，激光雷達不可替代。

國內主流激光雷達企業北科天繪總經理張智武向科技日報記者介紹，激光雷達的掃描精度高、沒有畸變，毫米波雷達只知道前方有障礙物，並不能準確描述大小和形狀。

激光數據是矢量數據，計算機可以分類、提取、處理，自動辨別車道線、擋車柱、交通標識牌、樹木等，這也是其他傳感器做不到的。

目前能上路的自動駕駛汽車中，凡涉及激光雷達者，使用的幾乎都是美國Velodyne的產品。這家公司成立於1983年，位於硅谷，其激光雷達產品是行業標配，佔八成以上市場份額。

“芯片化”才能瘦身降價

線數決定激光雷達的分辨率。激光雷達以旋轉掃描的方式工作，一個光源掃一圈，得到一條360度的水平環形視線，這也是為什麼無人車頂的“大花盆”都要不停旋轉。光源越多，視線越密集，實時地圖的分辨率越高。張智武以素描類比：素描由線條構成，線條越密，畫越清晰。

最早的國產16線產品於2016年推出，目前最高40線。製造多線數激光雷達，國內廠商普遍面臨工藝繁瑣的問題。以傳統方式增加激光雷達線數就像拼接越來越寬的暖氣片，造成產品體積成倍放大，同時極大增加量產難度。

據激光雷達企業飲冰科技CEO金元浩介紹：“現有工藝條件下，提高線數需要增加印製電路板的數量，激光雷達的體積也會隨之大幅增加。尺度和集成度必須兼顧。”

國外廠商之所以能做出64甚至128線的激光雷達，內部元件的芯片化起到決定作用：縮減激光雷達的體積、減少散熱、有助於量產。這需要容量大、傳輸速度快、信息處理高效的專用芯片。

目前國內激光雷達企業一般購買德國osram發射器。對此，國內智能汽車研究專家黃武陵強調“核心芯片，尤其是發射器和探測器，國產化程度、抗干擾等方面需要提高”。

自主研發，備戰量產市場

國內有研究所、激光雷達廠商正在自主研發發射芯片和接收芯片，但都處在初級階段，產品尚未定型。

“車載激光雷達是小眾行業，近幾年隨著國內L2級自動駕駛的發展才有市場，行業技術儲備不夠，人力投入不足。”金元浩說。他所在的公司就在做16線激光雷達的發射芯片，但也是用低價產品搶佔市場份額。

線數相同，不同產品的效果也不盡相同。據金元浩介紹，精度、穩定性、分辨率等參數與主流產品還有差異。尤其國產激光雷達的穩定性相對不足，汽車行業又對安全性要求極高，測試時間長，本來不大的市場，更難覓國貨蹤跡。

激光雷達貴，一在必需，二在緊俏。這是一個完全意義上的賣方市場。Velodyne 16線產品年初價格減半後仍達4000美元，百度智能車搭載的64線產品（也是目前市場適用的最高級）約8萬美元，比一般汽車都貴。價格是無人車量產和商業化的攔路虎。

正因如此，國產激光雷達才要攻關。據張智武介紹，北科天繪的16線產品去年賣價5萬元人民幣，今年不到3萬元，和Velodyne 16線的折扣相當，“一旦做出來，售價就腰斬”。議價空間之外，自動駕駛一旦從測試走到量產，激光雷達市場巨大，國貨不能拱手讓人。

新的技術方案也在出現，“激光雷達正往固態化方向發展，國內廠商需要抓住新的方向，與國外同行同步發展。”黃武陵說。相對於傳統的360度機械旋轉激光雷達，固態激光雷達基於電子部件進行數據讀寫，去除了機械旋轉部件，是革命性技術。這條新賽道上，國內廠商可與國外同行站上同一起跑線。

20. “命門火衰”，重型燃氣輪機的葉片之殤

重型燃氣輪機（以下簡稱重燃），名副其實的大國重器。

據悉，重燃發電機組目前佔全國發電裝機總量的3%左右，雖不是一大塊，卻是不可或缺的一塊——啟停快捷、熱效率更高、汙染更少的燃機機組，作為大電網調峰容量的最佳選擇，在國家能源安全中扮演著無可替代的全局性角色。

沒有自主化能力，意味著我國能源安全的重要一環，仍然受制於人，存在被“卡脖子”的風險。

極致技術：對質量和性能近乎變態的追求

把熔化的液態金屬澆入模具，等它凝固；在顯微鏡下看其金相，會呈現形似“乾裂農田”狀的縫隙，專業術語稱之為“晶界”。

“晶界是金屬的薄弱環節。”為提高金屬材料在高溫下的強度，就要想辦法消除晶界。

這是一個極其複雜、漫長的過程，包括精確的溫度控制，以及精密鑄造、定向／拉單晶等工藝。其核心部件的毛坯“都是來自國外”；核心設備單晶爐，也須從國外進口。

體系差距：即使有錢也不知從哪下手

美國GE公司高層曾聲稱，要買重燃成套技術，除非買下整個GE。

“重型燃氣輪機”重大專項總設計師顧春偉教授和上述技術負責人都談到，國際上大的重燃廠家，主要就是美國GE、日本三菱、德國西門子、意大利安薩爾多4家，與國內三大動力合作的也是這4家。

但他們都附帶苛刻條件：首先，設計技術不轉讓；其次，核心的熱端部件製造技術也不轉讓，僅以許可證方式許可本土製造非核心部件。

這兩條註定了，沒有自主設計能力，我們需要什麼樣的重燃、能要到什麼樣的重燃，只能聽從人家的意志。

核心製造技術不轉讓，國內上了那麼多重燃發電機組，設備運維、備件提供完全受制於人，長期安全穩定運行堪憂；本土製造的許可證又都有期限，到期之後能否付錢再延，還須看他人眼色。所謂“卡脖子”，莫此為甚。

跨國公司秘不示人、惜之如命的設計技術，是真正的核心技術。顧春偉表示，重燃三大部件（壓氣機、燃燒室、燃氣透平）的設計都是難上加難，因為它們需要“大量基礎研究支撐”和“長期試驗驗證及經驗積累”，沒有長期積累，“即使有錢你也不知從哪兒下手”。

“儘早建立起我國完整的設計體系、試驗驗證體系，才是重燃自主化的關鍵所在”，中國聯合重型燃氣輪機技術有限公司負責人如是說。

三位一體：工匠的經驗仍不可或缺

葉片精鑄過程中，“拉單晶”工藝很有畫面感。上述技術負責人介紹，一般的鑄造，是把金屬液澆入模坑、自然冷卻，出來的產品是多晶體，就會有晶界。

而透平葉片單晶/定向鑄造，“是在底下選一個晶體，讓它慢慢往上走；上面保持高溫，還是液體；然後這個界面一點點往上冷卻，所以凝固時間特別長”。

顧春偉稱之為“多物理場耦合”，即製造流程中，每一環節涉及各種細節的工藝控制，這種控制又受到各種物理條件的影響，比如溼度、溫度、速度等控制下的成型，“每一步都是工匠、工藝、設備的‘三位一體’”。

三位一體中，設備當然必不可少，“先進單晶爐須從德國進口，國產的目前仍不完善。但光強調設備也不行”。單晶製造過程中，涉及多個環節、多位頂尖高手，每人各管一段；每人都身懷絕技，相互不可替代。

包括所有的參數控制、補償等，既靠數據標準，更有“手上的功夫”，也就是經驗積累。因為“多物理場耦合”中，沒有一把尺子可以包打天下。

這是基於大數據的3D打印仍無法終結工匠的道理，也是我國高端製造流程中目前最緊缺的一環。

21. “靶點”難尋，國產創新藥很迷惘

iCLIP技術的發明，讓人們拋棄精密的觀測儀器，也能確定RNA（核糖核酸）和蛋白質在哪個位置“交匯”，甚至可以讀出位點“密碼”。

但iCLIP技術之難，猶如萬千人海中找一個人，要從幾十億個鹼基對找到一個或幾個確定的結合點，精確度可想而知。

自2010年該技術在《細胞》上首發，近幾年已逐漸成為相關領域論文登上CNS（《細胞》《自然》《科學》）頂級刊物的“標配”實驗技術，國內實驗室卻極少有成熟經驗。

有文章報道，國外研究團隊已在RNA操控中展開“技術競賽”，研究論文以幾個月為週期輪番在CNS上演。

越來越多證據顯示，非編碼RNA同樣控制著生命活動，RNA上大量未被發現的作用位點，可能是創新藥的潛在靶點，iCLIP是發現潛在靶點的“利器”之一。

條件摸索耗時耗力耗感情

“條件的摸索純粹是體力活。”一位熟悉該技術的研究人員表示，雖然實驗技術無需購買、不受專利限制、能夠從期刊文獻中學來，但從國外期刊中檢索到的技術路線完全無法照搬，不同種類細胞（淋巴細胞、巨噬細胞等）需要一整套完全不同的技術體系。

一位完成iCLIP實驗流程的研究人員回應，有很多實驗室來交流，也提出要借儀器，還抄走了整個流程，但是全部沒了下文。“這個技術，不下定決心去做，是很難順利地走下來的。”

小小接頭成了CNS論文的“攔路虎”

核酸接頭是整個iCLIP實驗中最核心的關鍵物質之一。它能夠引導DNA（與RNA對應）富集從頭開始，把特定序列變多並被探測到，最終“撈出海面”，這就好比放出個“信號智能追蹤器”，精確匹配、忠誠錨定序列末端是對它的基本要求。

國內的方法是設計隨機引物，廣撒薄收，總會撞上某一段。但隨機引物接不上RNA和蛋白質結合的位點，必須特別設計從頭開始的接頭合成對應的DNA鏈，把RNA“拓印”下來，進行測序。

“特別設計”在某些實驗中體現為預腺苷化、磷酸化的處理，但在國內買不到此類“接頭”。事實上，在擁有雄厚技術實力、大量知識產權的大公司的國家，基因測序公司提供包括接頭合成在內的服務，國內卻找不到。

“我們之前也沒下決心一定要做iCLIP。”該研究人員說，但是有篇論文投稿了《自然》，審稿人要求完成iCLIP，當時實驗室決定補充其他內容改投《細胞》，換了個期刊，審稿人仍然要求完成iCLIP。

最終，實驗室不得不從國外買來引物，完成本該是產業的部分工作，滿足了審稿人的要求。

小試劑，折射化學工業差距

這不是“小試劑”第一次卡住中國生物產業的脖子。

多年前，我國某基因測序企業購買Illumina公司生產的基因測序儀，由於Illumina公司突然對匹配的易耗品“試劑盒”提價，給企業經營造成巨大影響。

該企業最終下定決心砸巨資購買另一家掌握核心技術的國外製造企業，最終有了中國自己的基因測序儀。

不只接頭，用化學方法在RNA某個核苷酸的第6個位點上，直接連接上一個分子基團，這種“指哪打哪”的精細活，國內的生物公司基本還沒涉足。

“這些應用技術都建立在基礎研究之上。”中美冠科生物技術公司毛冠平博士認為，理論基礎研究比想象中更重要。

化學是生物的基礎，但由於行業的“老舊”，精密化學合成的底子被扔下了多年，生命科學研究中的多種試劑盒也是國外產品比國內產品的口碑好。

“我國的創新藥真要有突破，就要從靶點做起。”中科院院士、四川大學教授魏於全認為，要做創新藥，發現新靶點的基礎研究必不可少，而這類論文無疑應有實力見諸CNS頂級刊物。

化學藥新藥的藥效原理目前是對體內某一關鍵蛋白質作用位點的“鉗制”或者“激活”。拋開後續的臨床安全評價不談，單從有效性上看，高水平的、能夠精確到作用位點的研究不可或缺。

魏於全感到緊迫：“別人把靶點都發現了，又有技術，怎麼可能做不出來新藥。如果用別人的靶點，做出來的藥也很難是新藥。”

無論新藥創制有沒有“新藍海”，仍在於精確位點上的較量。

22. 射頻器件：仰給於人的手機尷尬

手機的射頻器件，好比部隊的無線電兵，通信全靠它。中國是世界最大的手機生產國，但造不了高端的手機射頻器件。這需要材料、工藝和設計經驗的踏實積累。

高端射頻芯片缺少國貨

一塊手機的主板上，1/3的空間是射頻電路。

聲音要傳到千里之外，得先轉化成高頻的射電波。信息編碼成一秒鐘幾十億波峰的正弦電波，對方手機接收和還原，紋絲不亂。這就是射頻器件的本事。射頻器件的核心部件是功率放大器芯片，也叫射頻芯片，4G手機一般會用4到5顆。

“我們好比是修高速公路的，路修得越寬、越平直，車跑得越多、越快。”專業設計射頻芯片的Vanchip公司工程師王利明說。“手機發展趨勢是更輕薄，功耗更小，頻段更多，帶寬更大，這就向射頻芯片提出了挑戰。”

2018年，射頻芯片市場150億美元；高端市場基本沒有國貨，被Skyworks、Qorvo和 博通3家壟斷，高通也佔一席之地。

“多年以來，這幾家的產品已經很有口碑，性能很穩定。所以大手機公司比如蘋果、華為和三星等等，基本都用它們的。”王利明說。

國貨的買家多為小品牌手機，且國貨多為2G、3G芯片；4G射頻芯片基本都是洋貨。

射頻芯片的電路設計是玄妙的藝術

高頻電波的信號很脆弱，在複雜的電磁環境裡，保持信號的清晰穩定，有賴於各環節的抗干擾性。設計這種電路，是一門尚未完全找到規律的藝術。

不合理的建模，生產出來的電路，一個和另一個的效果天差地別。而從圖紙變為實際電路，更需要設計師的豐富經驗。

設計師在考慮“要不要給反饋環串聯一個小電阻來緩衝？”“是否改一下地線引腳以屏蔽噪聲？”這類問題時，往往沒有現成答案，靠經驗和試錯。試探著穩定電路，好像把雞蛋立在鴨蛋上，常憑感覺。

射頻芯片屬於模擬電路，跟處理“1”和“0”的數字電路不同。數字電路設計類似於編程，有成熟的模塊和自動化工具；而設計模擬電路，要面對的是複雜未知的自然世界。

電子創新網創始人張國斌說：“數字電路領域更多需要市場反應速度，國內有不少做得好的公司，但設計和生產射頻器件，需要各種基礎科學知識，經驗積累和製造是關鍵，‘彎道超車’幾乎不可能。”

小小濾波器，中國造不好

射頻器件的另一個關鍵元件——濾波器，國內外差距更大。手機使用的高端濾波器，幾十億美元的市場，完全歸屬Qorvo等國外射頻器件巨頭。

濾波器可去除目標頻段以外的信號，是很基礎的電路器件。4G手機用的是更精準和昂貴的濾波器，一臺手機要裝10來個。

這種高端濾波器基於壓電效應原理，引入聲波來工作；它的基底和塗層採用一些新材料（其中一些用在最好的軍用雷達上），加工精度要很高，涉及到薄膜沉積和微機械工藝。

張國斌說，“在性能指標上如中心頻率、截止頻率、線性度、靈敏度等方面我們比別人落後，一時還趕不上去。”基礎元器件的差距不止這一個。

張國斌舉了個例子：射頻電路都有振盪器，它需要一個高精度晶體振盪器，高頻信號需要倍頻信號，若晶體振盪器的頻率精度不夠，則多次倍增後信號就會差到不能用。而最精準的晶體振盪器，多數產自海外。

材料是繞不過去的坎

所有的高端元件，都與高性能材料有關。

張國斌說，射頻電路需要高電子遷移率，這方面砷化鎵和硅鍺等化合物半導體表現要比硅材料好很多。

雖然我們國家在上世紀60年代就開始了化合物半導體基礎材料研發，但商業化上材料的一致性、電性能均勻性還不理想，這方面有很多核心知識需要自己去摸索，是我們的短板。

“比如半導體材料的摻雜比例不同，性能差別很大。就好像做蛋糕放雞蛋，雞蛋的比例決定蛋糕鬆軟程度。該放多少？別人不告訴你。你也不可能憑著撞大運就成功。”

張國斌說，半導體材料的實驗，週期很長，不是一兩年就能做出成績。“我國在這方面有不少學校在研究，做得也不錯，但有些材料量產化還不行。”

另外，高端射頻器件使用新材料，也需要設計者熟悉相應的特殊工藝和封裝。沒有創新的工藝，即使採用新材料，良品率也會差得多。

因此，國內的射頻芯片設計公司都是找代工廠。而國外幾家巨頭都有自己的晶圓廠，不會把看家的秘密拿到別人的工廠。

23. 真空蒸鍍機匱缺：高端顯示屏上的陰影

未來可捲曲、如紙一樣輕薄的各類終端屏幕主要選材是OLED（有機發光二極管），OLED生產過程最重要的一環就是“蒸”，工藝難度極高。

真空蒸鍍機就如同OLED面板製程的“心臟”，被日本Canon Tokki獨佔高端市場，說其掌握著OLED產業的咽喉也不過分，業界對它的年產量預測通常在幾臺到十幾臺之間。

有錢也買不到，說的就是它。可惜，目前我國還沒有生產蒸鍍機的企業，在這個領域我們沒什麼發言權。

這臺設備就如同生產OLED面板的“入場券”

買到Canon Tokki的設備就如同得到了一張生產OLED面板的“入場券”，Canon Tokki在業內的名聲很像頂級光刻機企業ASML，神一樣的存在。

僅有300多名員工，卻基本壟斷了全球真空蒸鍍機的供應，每臺報價過億美元，仍然一機難求，排隊等貨因此成為常態。

據說京東方6代柔性OLED生產線能夠提前量產的重要前提就是，拿到了Canon Tokki的真空蒸鍍機。三星之所以能壟斷中小尺寸OLED的生產和供貨，也是因為有了Canon Tokki的助攻。

蒸鍍設備廠商不止一家，Canon Tokki為什麼一機難求？因為它量產穩定與技術成熟的優勢無人可比。

買到Canon Tokki的設備就能有良品率嗎？不然。

中粵金橋投資合夥人羅浩元對記者說：“蒸鍍設備雖然是OLED生產中的關鍵環節，但一條生產線要實現批量化、高品質的生產，要對整個生產鏈進行科學管理及整合，確保每一道工序可控、可靠。但是，沒有真空蒸鍍設備，以上無從談起。”

Canon Tokki能把蒸鍍誤差控制在5微米以內

蒸鍍是OLED製造工藝的關鍵，直接影響著OLED屏幕顯示，蒸鍍機的工作就是把OLED有機發光材料精準、均勻、可控地蒸鍍到基板上。

OLED顯示面板中大量應用的有機材料極易受到氧氣和水的影響，有機材料間也很容易造成汙染，因此，面板的蒸鍍一般都是在真空環境下且相互獨立進行。

通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使被蒸材料蒸發成原子或分子，它們即以較大的自由程作直線運動，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜，這個過程就是真空蒸鍍。

Canon Tokki能把有機發光材料蒸鍍到基板上的誤差控制在5微米內，這是什麼概念？1微米相當於頭髮直徑的1％。”羅浩元說，“沒有其他公司的蒸鍍機能達到這個精準度。”

這是一場多維度、立體化的綜合性突破

就如中國科學院院士、中國科學院物理研究所歐陽鍾燦教授所說，中國平板顯示全球第一，但大而不強。我國OLED企業主要聚集在產業鏈中下游的面板和手機等顯示終端產品應用領域，上游核心生產設備完全依靠進口。

電子創新網創始人、半導體技術專家張國斌對記者說：“雖然離了Canon Tokki三星也可能玩不轉，但三星對產業趨勢和技術的判斷、把握值得我們反省。”

羅浩元比較認同張國斌的觀點：“具體到真空蒸鍍機這種卡住產業咽喉的核心裝備，能不能追，怎麼追，從上到下都很迷茫。

我國目前的OLED產業佈局和推進方式可以讓我們短期內形成產業規模，卻無法實現高端設備的自主研發、裝備能力。這個問題不解決，別說真空蒸鍍機，其他OLED裝備的突破也將是空談。”

OLED的生產難度在精密製造，精密製造的技術壁壘在精密設備。國內OLED大型生產線裝備雖仍一片空白，但OLED科研型蒸鍍設備已達國際水平，中試型生產裝備已成功研發。“雖然距離擺脫‘真空’有點遠，但好歹上路了。”羅浩元說。

“真空蒸鍍機等核心設備的缺失，反映出我國基礎研究、精密加工、自動化控制等多領域的短板。”羅浩元說，“雖然很難，但一代人有一代人的任務，希望我們這一代能生產出真空蒸鍍機。”

24. 傳感器疏察，被愚鈍的機器人“國產觸覺”

給一個壓力，還一個電信號。觸覺傳感器的簡單轉變就能讓真實世界以“二進制”的方式傳給機器人。

行業內，工藝不過關

精確、穩定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內傳感器企業大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產。在一個有著100多家企業的行業中，幾乎沒有傳感器製造商進行觸覺傳感器的生產。

可見，對賣方而言，工藝門檻太高；對買方而言，國產貨沒有障。“一個向左、一個向右”的局面，形成了依賴進口、內生乏力的惡性循環。

行業外，材料不夠純

除了生產工藝，材料純度也是從實驗室到工業生產的“扼咽之處”。

技術複雜，另一道坎

日漸複雜的技術也讓國產產品落得越來越遠。

有佈局，但轉化難推進

我國在觸覺傳感器的一種——多維力傳感器的研究方面，很早就進行了佈局。

不可否認的是，在原創技術的追趕中，後來者必須繞過先行者的相關專利保護，除非找到明顯更優解，否則很可能會因為繞過專利而提高技術達成的門檻，大多數時候，傳說中的“變道超車”要靠運氣。

25. 居者無其屋，國產航空發動機的短艙之困

短艙，是飛機上安放發動機的艙室，俗稱“房子”，模樣類似整流罩，主要由發動機進氣道、整流罩和尾噴口組成，起整流、降噪、保護和為安裝發動機部分附件提供平臺的作用。

“與人們熟知的在高溫、高壓、高速等極端工況下工作的航空發動機熱端部件相比，短艙屬於‘低溫部件’技術，是航空推進系統最重要的核心部件之一，所需的技術難度極高。其成本約佔全部發動機的1/4左右。”北京天驕航空產業投資有限公司國家“千人計劃”專家王光秋博士說。

目前，新一代大涵道比航空發動機短艙，主要由航空業頂級製造商美國古德里奇提供，包括波音787和空客A350/A320neo等，也包括龐巴迪C系列和巴西航空公司的E系列支線飛機。

美國GE與法國賽風合資的奈賽公司也是一家短艙供應商，向用於B737、A330等飛機的推進系統提供短艙。而我國在這一重要領域尚屬空白。

26. 喪失先機，沒有自研操作系統的大國之痛

電腦和手機裡，操作系統就像總經理。每次開啟電源，操作系統第一個上崗，它根據用戶的動作，命令各種硬件幹活。軟件的計算需求，經操作系統翻譯，向各種硬件發出指令。但中國沒有自己的操作系統。

缺少自研操作系統，不僅是中國的痛點，英、俄、日、德、印等強國用的都是美國人的操作系統。操作系統天然壟斷，贏家通吃。美國先人一步，佔據高點。

27. 中興的“芯”病，中國的心病

當地時間16日，一記重拳向中興通訊砸下。美國商務部表示，由於中興通訊違反了曾與美國政府達成的和解協議，7年內禁止美國企業向中興通訊出口任何技術、產品。

招商電子分析稱，中興通訊的主營業務有基站、光通信及手機，而芯片在這三大領域均存在一定程度的自給率不足。

28. 這些“細節”讓中國難望頂級光刻機項背

指甲蓋大小的芯片，密佈千萬電線，紋絲不亂，需要極端精準的照相機——光刻機。光刻機精度，決定了芯片的上限。高精度光刻機產自ASML、尼康和佳能三家；頂級光刻機由ASML壟斷。

“十二五”科技成就展覽上，上海微電子裝備公司（SMEE）生產的中國最好的光刻機，與中國的大飛機、登月車並列。它的加工精度是90納米，相當於2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做到了十幾納米。

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