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如果有一種材料，能夠在天熱的時(shí)候吸收大量的熱，冷的時(shí)候釋放出它們，那該多好啊。

喂，醒醒！根本就沒(méi)有這種東西好嘛！

如果有這樣的材料，誰(shuí)還用空調(diào)啊？

如果有一種材料，又輕又皮實(shí)，還能折疊……等等，你要干嘛啊？

無(wú)所不能的材料，到底長(zhǎng)啥樣？

2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者、以色列工學(xué)院教授Dan Shechtman出席世界科技創(chuàng)新論壇，并發(fā)表主題演講時(shí)坦言：“在今天的技術(shù)中，最大的一個(gè)限制就是材料技術(shù)方面的的缺乏，我們祈禱著在材料學(xué)中也能發(fā)生所謂的革命，而不是漸進(jìn)式的緩慢發(fā)展。

把啥都推給材料，好像是新時(shí)代很多科技的“政治正確”。一方面肯定了材料作為工業(yè)基礎(chǔ)的地位，又把如山一般的巨大責(zé)任壓在了材料行業(yè)的肩頭。能者多勞嘛，既然閣下如此重要，那就幫我們分擔(dān)一些吧……

電動(dòng)車火災(zāi)根源在于材料

隨著時(shí)代的發(fā)展，電動(dòng)車在我們的生活中領(lǐng)先占有一定位置了，它不需要加油，不需要考證件，價(jià)格便宜，因此受到人們的青睞。可是，使用不當(dāng)，或者是買到假冒偽劣的產(chǎn)品會(huì)有安全隱患，對(duì)人們的生活造成一定的傷害。

一些劣質(zhì)的電動(dòng)車充電器為了節(jié)約成本，輸入輸出端的電線線徑不足，外殼塑料材質(zhì)易燃不耐熱，在充電電池組充滿后，繼續(xù)對(duì)充電電池組進(jìn)行大電流充電，容易引起線路起火或電池發(fā)熱爆炸。

雖然大部分人都沒(méi)有見過(guò)電動(dòng)車著火，然而小區(qū)內(nèi)張貼的宣傳告示讓我們頗為心驚：

電動(dòng)車短路后30秒出現(xiàn)明火，

3分鐘火焰溫度達(dá)到1000度以上，

有毒氣體以1秒鐘1米的速度充斥整個(gè)樓道，

切斷居民逃生通道，

居民一旦吸入3-5口劇毒氣體就會(huì)昏迷，

隨后窒息死亡。

在上海的一次大型電動(dòng)自行車火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)中，三輛電瓶車經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后被點(diǎn)燃，車上塑料件在高溫下散發(fā)大量濃煙，現(xiàn)場(chǎng)瞬間籠罩黑色濃煙，人哪怕戴上了防護(hù)用具，也無(wú)法靠近。三分鐘后，火災(zāi)中心的溫度已達(dá)700℃，瞬時(shí)可達(dá)1000℃，現(xiàn)場(chǎng)塑料燃燒的毒氣加之電瓶爆炸，讓人無(wú)法逃生。

不少人員傷亡并不是由明火直接造成的，有毒煙霧的致命性往往比明火更大。目前，幾乎所有電動(dòng)自行車使用的部件，用的都是易燃材質(zhì)，起火會(huì)迅速形成煙氣，一旦人吸入，會(huì)導(dǎo)致自救能力的喪失。

而目前電動(dòng)車行業(yè)一直使用的是早在1999年實(shí)施的《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，有些技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有明確規(guī)定。因現(xiàn)行國(guó)標(biāo)里并沒(méi)有關(guān)于防火指標(biāo)的規(guī)定，電動(dòng)車防火處理大都做得不好，比如電動(dòng)車都使用塑料外殼，一旦自燃，塑料外殼就會(huì)迅速燃燒，還會(huì)產(chǎn)生有害氣體。如果電動(dòng)車外殼使用阻燃材料，線路做一些阻燃處理，即使線路短路造成起火，但因有阻燃處理就能防止電動(dòng)車自燃。

芯片之爭(zhēng)在于材料

如果要問(wèn)你十幾年前的電腦是什么樣的，速度如何，一幅老牛拉車的圖畫總是會(huì)讓你覺(jué)得相得益彰。實(shí)際上，剛發(fā)布不久的intel 9代i3，在性能上還無(wú)法超過(guò)十幾年前首代i7的某些型號(hào)。要知道，9代i3使用的是14nm工藝，而首代i7只有可憐的65nm。其實(shí)，除開工藝進(jìn)步帶來(lái)的發(fā)熱等問(wèn)題的改善以及一些新的附屬技術(shù)的加入，十幾年來(lái)處理器的發(fā)展程度實(shí)在小得超乎我們想象（看似巨大的提升多半來(lái)自核心數(shù)）。X86還是那個(gè)X86，X64還是那個(gè)X64，我們沒(méi)有在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)明顯的進(jìn)步，或許只是因?yàn)楫?dāng)初的設(shè)計(jì)太棒了。有時(shí)候，這就像那條回家的路，哪怕走了幾十年，也不見得會(huì)縮短。

在芯片工藝已經(jīng)逼近物理極限的時(shí)候，我們想到了材料。傳統(tǒng)的硅基芯片縱然有近乎集大成的優(yōu)點(diǎn)，然而在無(wú)法越過(guò)的嘆息之墻面前，它也不得不停下前進(jìn)的步伐。研究人員表示：“碳納米管制造出芯片的核心元器件——晶體管，其工作速度3倍于intel最先進(jìn)的14納米商用硅材料晶體管，能耗只有其四分之一。”

這就有點(diǎn)夸張了，3倍的提升夠intel擠十年牙膏了。不過(guò)如果十年前intel就了解了這項(xiàng)技術(shù)，他們應(yīng)該還是會(huì)先賣十年硅基芯片，畢竟一項(xiàng)前沿科技成果，從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化到百姓家，十年時(shí)間都不一定夠。不過(guò)話又說(shuō)回來(lái)，這樣的轉(zhuǎn)化當(dāng)然是十分必要的。就像以前，我們回家只能乘坐老式火車，一千公里要咣當(dāng)十幾個(gè)小時(shí)，天都亮了家還沒(méi)到，如今高鐵修好了，三個(gè)小時(shí)可以到達(dá)。無(wú)法縮短路程，但是可以縮短時(shí)間，無(wú)法革新架構(gòu)，但是可以使用更好的材料。

國(guó)家的興衰在于材料

如果說(shuō)前蘇聯(lián)和美國(guó)的強(qiáng)大是多方面因素的共同結(jié)果，那么日本的崛起，材料行業(yè)則立下了汗馬功勞。今天我們能夠想到的很多先進(jìn)材料中，都有日本的身影，這一點(diǎn)值得我們學(xué)習(xí)。

朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)期間，“聯(lián)合國(guó)軍”巨大的軍用產(chǎn)品需求，使日本迅速擺脫了二戰(zhàn)的泥淖，走上快速發(fā)展的道路。在美國(guó)資本與技術(shù)轉(zhuǎn)移的支持下，日本通產(chǎn)?。ㄍㄉ坍a(chǎn)業(yè)省MITI的簡(jiǎn)稱，主管工商、貿(mào)易管理外匯匯兌和負(fù)責(zé)度量衡管理事務(wù)。）推進(jìn)“重化工”發(fā)展戰(zhàn)略，開始大力投資基礎(chǔ)工業(yè)。日本全面發(fā)展電力、鋼鐵、化工、機(jī)械等產(chǎn)業(yè)，迅速形成了完整工業(yè)體系。在此期間，高性能鋼鐵、化工材料等技術(shù)的不斷進(jìn)步，成為了日本今后經(jīng)濟(jì)騰飛的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代，日本產(chǎn)的汽車、輪船、家電、鐘表等產(chǎn)品已經(jīng)橫掃全球市場(chǎng)。在具有代表性的芯片市場(chǎng)上，一度讓美國(guó)產(chǎn)生了恐慌。

信息和通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得半導(dǎo)體這一高價(jià)值的尖端產(chǎn)業(yè)成為科技大國(guó)的必爭(zhēng)之地，半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)性、支撐性作用也就愈發(fā)凸顯。早在20世紀(jì)70年代，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的絕大部分位于美國(guó)。例如，英特爾第一代微處理器于1971年在美國(guó)硅谷誕生，蘋果公司第一臺(tái)民用計(jì)算機(jī)于1976年在美國(guó)啟用。1975年，全球半導(dǎo)體制造商排名前十位的全部是美國(guó)企業(yè)。20世紀(jì)80年代，日本半導(dǎo)體制造商采取基于DRAM的IDM商業(yè)模式，在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)獲得了領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)了后發(fā)先至，主要半導(dǎo)體工業(yè)也逐漸向亞洲轉(zhuǎn)移。

20世紀(jì)80年代，日本憑借雄厚的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，傾力發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)，塑造了眾多知名消費(fèi)電子品牌。受益于全球PC需求的快速增長(zhǎng)，以及存儲(chǔ)器市場(chǎng)的快速擴(kuò)張，日本正式成為全球半導(dǎo)體市場(chǎng)和技術(shù)中心。截至1988年，全球前二十大半導(dǎo)體制造商中日本企業(yè)占有11席。

1988年全球半導(dǎo)體企業(yè)營(yíng)收排行榜

20世紀(jì)90年代后，日本高速發(fā)展下的經(jīng)濟(jì)缺陷被逐漸放大，加之政策判斷上的重大失誤，導(dǎo)致了房地產(chǎn)崩盤、金融泡沫破裂，日本在消費(fèi)電子領(lǐng)域也迎來(lái)了“失去的二十年”，這一過(guò)程在日本作家東野圭吾的代表作《解憂雜貨店》中都有提到。

日本半導(dǎo)體行業(yè)失去了霸主的地位，市場(chǎng)份額逐漸被韓國(guó)和臺(tái)灣地區(qū)的企業(yè)所蠶食。盡管如此，日本新材料龍頭企業(yè)在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域技術(shù)制高點(diǎn)持續(xù)布局，經(jīng)過(guò)近40年的潛心研發(fā)和精準(zhǔn)的全球范圍市場(chǎng)布局，截至2014年日本在全球半導(dǎo)體材料市場(chǎng)份額中占比超過(guò)60%，依然掌握著大量的專利以及尖端技術(shù)。

人類文明及其命運(yùn)在于材料

整個(gè)人類文明的發(fā)展史，可以看作是新材料、新能源的利用史。石器文明、青銅器文明、鐵器文明，無(wú)一不見證著人類發(fā)現(xiàn)、掌握、使用材料的漫漫歷程。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三次工業(yè)革命相繼拉開帷幕，人類文明自近代以來(lái)依次走過(guò)蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代，一直到今天的信息時(shí)代。

蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代和信息時(shí)代，表面上看起來(lái)與新材料沒(méi)有直接的關(guān)系。但試想，若沒(méi)有鋼鐵工藝的革新，怎會(huì)有蒸汽機(jī)的轟鳴？沒(méi)有石化工業(yè)的興起，怎會(huì)有飛機(jī)、汽車、郵輪的馳騁？沒(méi)有半導(dǎo)體工業(yè)的出現(xiàn)，怎會(huì)有互聯(lián)互通的虛擬世界？新材料及其加工技術(shù)，不僅是歷次工業(yè)革命的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)，更是人類文明前進(jìn)的基石。

當(dāng)前，世界正面臨著種類繁多的全球性問(wèn)題，將成為未來(lái)人類面臨的最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。與此同時(shí)，新材料、新能源、生物醫(yī)藥等科學(xué)也在加速進(jìn)步中，未來(lái)或有望幫助人類戰(zhàn)勝上述全球性問(wèn)題。隨著生物醫(yī)用材料、信息材料、新能源材料等新材料的持續(xù)開發(fā)，以及人工智能和量子計(jì)算在新材料研發(fā)中的加速應(yīng)用，材料與物理、化學(xué)、生物、信息、數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉融合的現(xiàn)象進(jìn)一步升級(jí)，多學(xué)科交叉在新材料創(chuàng)新中的作用進(jìn)一步凸顯。新材料技術(shù)在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級(jí)變革中的支撐性、引領(lǐng)性作用不斷加強(qiáng)，新材料技術(shù)成為世界科技強(qiáng)國(guó)角逐的重點(diǎn)，也成為了破解全球性問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

作為信息產(chǎn)業(yè)、新能源、環(huán)保、生物醫(yī)藥的底層技術(shù)（或根技術(shù)），新材料技術(shù)的支撐性、先導(dǎo)性作用愈發(fā)凸顯。從微觀看，新材料技術(shù)關(guān)系到每個(gè)人的生存（醫(yī)療、環(huán)境）；從微觀看，新材料技術(shù)關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展（產(chǎn)業(yè)升級(jí)）；從宏觀看，新材料技術(shù)則關(guān)系到人類生存與可持續(xù)發(fā)展。新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展賦予了政府、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、資本界更多機(jī)遇，也理應(yīng)受到人們更多重視。

材料的不能承受之重

很多人可能都做過(guò)一夜暴富，一口吃成胖子（也可能是瘦子）之類的夢(mèng)，但冰凍三尺非一日之寒，不積累足夠的量變哪來(lái)的質(zhì)變。大家都聽說(shuō)過(guò)愛(ài)迪生和鎢絲的故事，實(shí)際上數(shù)以千計(jì)的試驗(yàn)品中，還有碳纖維。1892年，愛(ài)迪生甚至發(fā)明了“白熾燈泡碳纖維長(zhǎng)絲燈絲制造技術(shù)，獲得了美國(guó)專利。雖然此后碳纖維沉睡了超過(guò)50年，但是此后的大規(guī)模發(fā)展，亦是站在當(dāng)初的積累之上的。

有人說(shuō)：

嘗試其實(shí)是一個(gè)不斷接觸、體驗(yàn)的過(guò)程。

很多事情并不是在最初就可以看到、預(yù)料到結(jié)果的，

嘗試可以改變甚至創(chuàng)造一個(gè)結(jié)果。

科學(xué)發(fā)明就是一個(gè)不斷嘗試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

我們?cè)诓粩鄧L試時(shí)，也是在不斷學(xué)習(xí)，嘗試讓我們認(rèn)識(shí)到更多。

要用親身體會(huì)才可以明白、了解的東西。

而材料科學(xué)，最重要的就是這種勇于嘗試的精神。但是我們需要注意的是，嘗試本身就包含著風(fēng)險(xiǎn)，可能成功但更多的可能是失敗。在遇到困難的時(shí)候，材料有時(shí)會(huì)成為引路的明燈，然而在黑夜里探索，不能總指望著命運(yùn)的垂青。

如果整個(gè)工業(yè)體系是一支軍隊(duì)，那么材料科學(xué)就像是掌管后勤補(bǔ)給的，如此多的嘴巴嗷嗷待哺，永遠(yuǎn)也滿足不了社會(huì)發(fā)展的需要。任何工程的實(shí)施都離不開材料，對(duì)新材料的追求是無(wú)止境的，但是材料科學(xué)并不是無(wú)所不能的。如果有人問(wèn)：材料科學(xué)為何不斷發(fā)展但卻始終顯得薄弱，那應(yīng)該就是上面的原因。

所謂“兵馬未動(dòng)糧草先行”，材料必須得走在工業(yè)的最前沿。就像后勤補(bǔ)給的功勞往往不能和實(shí)際的殺敵數(shù)目掛鉤一樣，材料科學(xué)的發(fā)展也很難短期內(nèi)看到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但是縱觀歷史、展望未來(lái)，材料科學(xué)必須得到應(yīng)有的重視。有了長(zhǎng)期深厚的積累，當(dāng)我們遇到工業(yè)難題時(shí)材料科學(xué)才能給予我們及時(shí)的幫助，所謂書到用時(shí)方恨少，材料也是一樣。平時(shí)不夠重視，一有困難都找材料，搞不出成果怪材料科學(xué)不給力，材料成警察叔叔了。

當(dāng)我們處處被材料卡殼舉步維艱，汽車開過(guò)材料鋪就的路面，剛走兩步，就是一個(gè)被壓垮的大坑，就只能無(wú)奈地?fù)u著頭嘆息：材料，How old are you（怎么老是你）了……