新時(shí)代對(duì)我國(guó)材料基因組計(jì)劃科技創(chuàng)新應(yīng)用基礎(chǔ)研究的一些思考

王山

摘 要：文章首先描述了應(yīng)用基礎(chǔ)研究為世界工程技術(shù)的發(fā)展所帶來(lái)的巨大影響。通過(guò)分析美、歐盟、英等發(fā)達(dá)國(guó)家所布局的基于國(guó)家戰(zhàn)略需求的材料基因組工程方面的基礎(chǔ)性應(yīng)用研究計(jì)劃，總結(jié)了我國(guó)材料基因組計(jì)劃應(yīng)用基礎(chǔ)研究目前面臨的主要問(wèn)題，根據(jù)我國(guó)材料行業(yè)基礎(chǔ)性應(yīng)用研究的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了自己的一些思考。

關(guān)鍵詞：材料基因組計(jì)劃；應(yīng)用基礎(chǔ)研究；工程技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0042-02

Abstract： This paper first describes the great influence of applied basic research on the development of engineering technology in the world. Through the analysis of the United States， the European Union， the United Kingdom and other developed countries based on the national strategic needs of the basic application of material genome engineering research program， this paper sums up the main problems in the applied basic research of material genome planning in China. According to the development situation of the basic applied research in the material industry in China， some thoughts are put forward.

Keywords： Materials Genome Initiative （MGI）； applied basic research； engineering technology

1 應(yīng)用基礎(chǔ)研究對(duì)工程技術(shù)的影響

應(yīng)用基礎(chǔ)研究一般為解決某領(lǐng)域?qū)嶋H需求，達(dá)到特定目的的應(yīng)用研究或者技術(shù)研究，工程技術(shù)亦稱生產(chǎn)技術(shù)，一般為基礎(chǔ)應(yīng)用研究所研發(fā)成果或研發(fā)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用到的技術(shù)。就是說(shuō)人們將基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程從而達(dá)到改造自然的手段和方法。

隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步，人類改造自然界的方式、方法也在不斷改進(jìn)，進(jìn)而形成了工程技術(shù)的各種形態(tài)。人類社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越依賴于工程技術(shù)的創(chuàng)新，如：互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、智能機(jī)器人制造、納米材料的利用，干細(xì)胞再生等等。

2 世界主要國(guó)家新材料領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究戰(zhàn)略規(guī)劃

2.1 美國(guó)材料基因組計(jì)劃

上世紀(jì)八九十年代，技術(shù)的革新和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越依賴新材料的進(jìn)步[1，2]，從新材料的發(fā)現(xiàn)到最終工業(yè)化應(yīng)用一般需要10～20年的時(shí)間，比如作為目前應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域的鋰離子電池，從上世紀(jì)70年代實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到90年代[3]晚期應(yīng)用，歷經(jīng)20余年，至今仍沒有克服在電動(dòng)汽車上完全應(yīng)用的障礙。歸根結(jié)底新材料研發(fā)速度太慢。面對(duì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，材料科學(xué)家們必須縮短新材料研發(fā)到應(yīng)用的周期以應(yīng)對(duì)21世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn)。于是美國(guó)在2011年6月24日啟動(dòng)了材料基因組計(jì)劃（MGI），計(jì)劃由能源部（DOE）、國(guó)防部（DOD）、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）四個(gè)部門共同完成以下三個(gè)任務(wù)：（1）開發(fā)一種全新的材料創(chuàng)新體系。（2）為國(guó)家安全、人類健康服務(wù)的新材料以及開發(fā)清潔能源材料。（3）培養(yǎng)新一代材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)。戰(zhàn)略規(guī)劃中新材料研發(fā)重點(diǎn)在四個(gè)方面：（1）面向國(guó)家安全的新材料：如輕質(zhì)防護(hù)材料、家用電子產(chǎn)品材料、清潔能源新材料、可替代稀土元素材料等。（2）面向人類健康的新材料：人工器官合成新材料、護(hù)體免損害新材料、腦損傷防護(hù)材料。（3）發(fā)展清潔能源新材料：便攜能源存儲(chǔ)系統(tǒng)新材料、人工光合作用材料、生物質(zhì)合成催化材料、無(wú)污染太陽(yáng)能電池材料以減免對(duì)化石能源的消耗。

2.2 歐盟“地平線2010”科研創(chuàng)新計(jì)劃與“2012～2022歐盟冶金復(fù)興”計(jì)劃

于2014年1月30日在英國(guó)正式啟動(dòng)的“地平線2010”科研創(chuàng)新計(jì)劃是歐盟有史以來(lái)最大規(guī)模的科研創(chuàng)新計(jì)劃。該計(jì)劃將在2014年至2020年七年間共投資770億歐元用于支持歐盟科研創(chuàng)新計(jì)劃。該計(jì)劃?rùn)M跨7個(gè)板塊，設(shè)計(jì)19個(gè)研究領(lǐng)域，幾乎囊括了歐盟所有科研項(xiàng)目（包括基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與人類面臨的共同挑戰(zhàn)等三大部分）是歐盟迄今為止規(guī)模最大的研究創(chuàng)新類計(jì)劃平臺(tái)。連接科研與創(chuàng)新：“從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)”，關(guān)注社會(huì)挑戰(zhàn)：健康、清潔能源、交通等。“低碳、適應(yīng)氣候變化的未來(lái)”將獲得33億歐元的預(yù)算。22億歐元將投入到清潔能源相關(guān)的研究領(lǐng)域，如可再生能源開發(fā)、電池材料、電動(dòng)運(yùn)輸與儲(chǔ)存方案等方面。

2011年，歐盟提出了冶金加速計(jì)劃，旨在研發(fā)出國(guó)家戰(zhàn)略需求的高性能冶金，2012年，在冶金加速計(jì)劃基礎(chǔ)上，歐盟又提出冶金歐洲復(fù)興計(jì)劃，開始布局冶金設(shè)計(jì)與模擬在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。此計(jì)劃確定17個(gè)材料需求與50多個(gè)冶金研究主題，設(shè)計(jì)清潔能源、綠色交通、衛(wèi)生保健等，成功加速了高性能冶金及新一代材料的研發(fā)[3]。

3 中國(guó)新材料領(lǐng)域基礎(chǔ)應(yīng)用研究面臨的問(wèn)題

3.1 應(yīng)用基礎(chǔ)研究與國(guó)外還存在一定差距

中國(guó)材料工業(yè)起步較晚，目前整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，美國(guó)是目前國(guó)際材料領(lǐng)域技術(shù)全面領(lǐng)先的國(guó)家，還有其他國(guó)家在特定材料領(lǐng)域發(fā)展較為先進(jìn)，如韓國(guó)在顯示材料研發(fā)上面比較突出，日本在納米材料方面比較先進(jìn)，歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學(xué)光電材料方面較為擅長(zhǎng)，俄國(guó)在耐高溫材料方面存在優(yōu)勢(shì)。而我國(guó)在納米材料、稀土等材料領(lǐng)域發(fā)展上基本與國(guó)際持平，但是在復(fù)合材料、存儲(chǔ)材料等方面與國(guó)外還存在不小的差距。

3.2 材料研制方法比較傳統(tǒng)

傳統(tǒng)材料研制方法主要有試錯(cuò)法，利用材料學(xué)科原有理論、方法經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整所研發(fā)新材料的配比，進(jìn)行大量的平行試驗(yàn)，對(duì)制備出的材料進(jìn)行表征檢測(cè)，最終得到滿足需求的新材料，此研究模式屬于“愛迪生模式”，直到找到滿足要求的燈泡材料為止，很明顯的，傳統(tǒng)材料研制方法耗費(fèi)大量的人力物力財(cái)力，研發(fā)周期太長(zhǎng)，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)新時(shí)代人們對(duì)新材料的需求。

3.3 應(yīng)用基礎(chǔ)性研究企業(yè)參與度較低

目前基礎(chǔ)性應(yīng)用研究主力是大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)，企業(yè)參與度較低，一方面企業(yè)為節(jié)約成本基本沒有太強(qiáng)烈的意愿參與進(jìn)來(lái)，另一方面政府對(duì)企業(yè)的扶持力度弱于對(duì)研究機(jī)構(gòu)、高效的支持力度。

4 一些思考

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)一些性能優(yōu)異的新材料研發(fā)已經(jīng)迫在眉睫，新材料技術(shù)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，已經(jīng)成為了世界各國(guó)必爭(zhēng)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，中國(guó)也不例外，同樣加快了新材料產(chǎn)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究的步伐，針對(duì)以上中國(guó)目前新材料領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究面臨的問(wèn)題提出自己的一些思考。

4.1 企業(yè)家與科學(xué)家于共同感興趣的領(lǐng)域展開合作

除了加強(qiáng)交流以外，企業(yè)家與科學(xué)家更應(yīng)該在共同感興趣的領(lǐng)域?qū)で蠛献鳌＠闷髽I(yè)的資金優(yōu)勢(shì)和科學(xué)家的技術(shù)優(yōu)勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這要就可以保障科研經(jīng)費(fèi)的充沛，同時(shí)也可保持企業(yè)強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。企業(yè)資助大學(xué)或者國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)面對(duì)面的交流，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷調(diào)整研發(fā)目標(biāo)，不僅增加研究人員與企業(yè)家之間的信任與理解，更為加快科研成果的轉(zhuǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題是研究人員與企業(yè)之間合作隱患之一。科學(xué)家重視對(duì)科學(xué)知識(shí)的傳播，企業(yè)有時(shí)為了保護(hù)公司利益而選擇“雪藏”科研成果，如若科學(xué)家與企業(yè)之間展開合作，需要就知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬問(wèn)題劃清界限，避免出現(xiàn)合作沖突。

4.2 培養(yǎng)新一代材料研究團(tuán)隊(duì)

為了適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，各高校材料院系可以針對(duì)本科生、研究生的課程進(jìn)行相應(yīng)的改革，培養(yǎng)具備材料基因工程相關(guān)基礎(chǔ)的新一代科研人員。為了適應(yīng)未來(lái)行業(yè)轉(zhuǎn)型的可能，可以考慮培養(yǎng)兼具計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)能力的材料專家。同時(shí)也可以舉辦一些材料基因組相關(guān)工程培訓(xùn)班，擴(kuò)大材料研究者隊(duì)伍，并提高其專業(yè)素養(yǎng)。

4.3 加強(qiáng)與國(guó)際科研機(jī)構(gòu)、政府等部門的合作

“材料基因組計(jì)劃”所涉領(lǐng)域比較廣泛、技術(shù)難度較大，僅憑一國(guó)之力實(shí)現(xiàn)重大突破性進(jìn)展著實(shí)有些難度，要想取得切實(shí)成果，還需要各國(guó)之間科學(xué)界的廣泛合作。

綜上所述，新材料基因工程計(jì)劃是基于世界各國(guó)基于本國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展需求而制定的基礎(chǔ)性應(yīng)用研究目標(biāo)，要想得到新技術(shù)的切實(shí)成果，加快國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，需要加強(qiáng)國(guó)家新材料領(lǐng)域基礎(chǔ)性應(yīng)用研究，加大政府投資力度與重視程度，才能在新材料產(chǎn)業(yè)占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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