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01基础科学与尖端科学很多人都说中国的基础科学不行，尤其是材料学。说的没错，甚至说这话的人都未必是公知，爱国者也这么说。但是很多人说这话的时候都没有说清楚一个事，就是为什么中国的材料学不行，和国外的差距又到底在哪？大家首先要注意到一个有趣的事情，即便是公知也只会反复说中国的基础科学不行，从来不会说中国的尖端科学不行。尖端科学哪怕从名字看也是明显高于基础科学的，为什么被反复强调不行的却是中国的基础科学？因为尖端科学这东西全球平等，哪怕是非洲的尖端科学都不比美国弱，没有任何国家能在尖端科学上拉开差距。造成这种诡异现象的，是尖端科学的特殊性。什么叫尖端科学？牛顿三大力学，爱因斯坦相对论这种能够指引人类发展方向的知识才配叫尖端科学，其价值无以伦比的大，你研发个超合金是远远不配和这些知识相提并论的。但这些尖端科学的知识都是，且必然会是免费发表，人人都可以随意获取和复制这些知识。因为所有这些尖端科学的发明者在学习研究阶段都需要阅读大量的论文，其成长阶段也需要发表大量的论文。最关键的一点，他的尖端科学理论刚出来的时候必然会遭受普遍质疑，因为其挑战了原有的科学大厦。以爱因斯坦为例，相对论确实价值无法衡量，但没有任何国家可以把相对论据为己有。因为没有任何国家可以评估相对论的价值，甚至都无法判定这东西到底是真理还是专门骗人的谎言。别说国家判定不了，全球那么多科学家合力判定，争吵了几十年，等到大家普遍认可相对论并不是骗人的鬼话时，爱因斯坦都已经去世了。换句话说如果当年爱因斯坦把相对论当成珍宝，拒绝发表，那世上就不会出现伟大的爱因斯坦，而爱因斯坦拿着相对论这东西也搞不出任何有价值的落地技术，留手里就是废纸一张。所以对于爱因斯坦而言最有价值的选择就是把相对论免费发表出来，供全世界的人类评估和学习。实际上所有的尖端科学都是如此，都是免费发表，而人类对其中被确定为伟大理论的科学家给与的回报就是将其名留青史。能被史书记载的总统很少，但牛顿和爱因斯坦哪怕千年后都会被人类铭记。中国人只要积极翻译论文和写论文，尖端科学就不可能落后。但基础科学这东西就不一样了。基础科学比尖端科学弱的多，每一个尖端科学都是天才的专属，只有天才方可涉足这个领域，想要做出一点点突破成果都需要天才中的天才方可实现。但基础科学这东西是依据尖端科学为指引而进行的一个落地工作，不需要天才，一群普通人才就可以把这份工作做的很好。你可以理解为尖端科学是爱因斯坦那个圈子的人在干，最低门槛也得是个教授，而且大部分教授都没有跨越最低门槛的资格。但基础科学，大学生就能干，教授就能当领头人了。理论上说，这个领域应该中国最强，因为中国大学生最多。但实际上，中国长期饱受批评的就是基础科学。因为中国最强，指的是发展速度最强，而基础科学讲的不是发展速度，是积累程度。以材料学为例，怎么提升中国材料学的水平？是靠几个天才拿着纸笔在那里头脑风暴，苦思冥想吗？当然不是，中国想要发展材料学可不能靠这个。材料学想进步就要靠天文数字的工作去挨个尝试，挨个试错。搞材料的科技工作者，他们的工作就是把不断的改变成分配比，不断的改变处理条件，把烧制出来的成品测一下各项性能，然后记录下来，再然后就是把东西丢仓库里备用，顺便看一下自然时效强化的程度。谁手里攒的东西多，谁做过的实验多，谁就牛逼，因为他可以根据需要直接从数据库里拉出自己想要的材料。光学领域里，有一种材料叫做“KBBF晶体”，全称叫氟代硼铍酸钾晶体，是已知唯一一种可以直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体——简单来说，只有通过它，才能将普通的激光转化为176nm深紫外波长的激光，从而制造出用于科研、生产和国防的各种深紫外固体激光器。
▲ 陈创天院士和KBBF晶体1995年，我国率先制成了这种晶体。2009年了，我国开始对外实施技术禁运。美国人直到2016年才打破了我们的封锁。但那时，我们早就有了更先进的第二代晶体了。没有KBBF，就很难再点开剩下的科技树——这，就是材料的基础地位。如今的世界，各种新的技术与发明层出不穷，相应的材料科学领域的进展自然也是飞速。十四五规划中，半导体、军工、稀土、光伏......这些计划重点发展行业无一不要求更先进的新材料。在高科技产业中发挥作用的各种新型材料，成为了各国追逐的对象。可以这么说：如果中国搞不出新材料，那么我们就有可能落后，就有可能坐等别人来掐喉咙、卡脖子。02材料市场的竞争格局目前，全球新材料市场的竞争格局对我们来说并不算有利。在新材料领域，只有两个梯队。第一梯队，成员是美国、日本，以及德国、法国等欧洲国家。这些国家的科研基础极其深厚，甚至在冷战时期就已经开始进行新材料的研究了。第二梯队，成员则是中国、俄罗斯和韩国。目前仍然处于“跟跑+追赶”的状态，尽管第二梯队在某些领域有非常领先的成果，但整体来看，不论是先进程度还是研究覆盖面都不如第一梯队的玩家。不得不承认，在先进材料领域，中国还有很大的差距。材料科学是基础学科，“弯道超车”的战术在这种情况下是走不通的。
显然，美国、日本、欧盟已经掌握的材料技术的种类要比第二梯队的中国和韩国更多，覆盖的领域也更广阔。从类型来看，我们已经可以很清楚地认定一批将在未来发挥重要作用的“新材料”了。由上图就可以看出，各个主要经济体基本上都在先进金属、半导体材料、碳纤维、石墨烯等领域进行布局。未来的科技，就建立在这些材料的基础之上。中国科技产业如果可以在这些材料上取得进展，那么我们也就获得了更多点亮这些科技树的机会。
除了种类数量上的差距，同一个种类下，我们与世界先进水平之间的差距也不容乐观。以锂电池材料为例，相关的材料可以分为四类：正极材料、负极材料、电解液材料和隔膜材料。更先进的材料，意味着更大的能量密度，同等重量的电池能够给车辆、设备提供更多的电力。这对于提高产品在市场上的竞争力有极其重要的意义。锂电池的四种材料，我们都能够进行独立自主的研发和制造，但存在的问题是——国产材料总是落后一代。类似的问题，在碳纤维材料的中外对比上同样存在：相同产量下，国产材料的性能不如日本东丽的产品，相同性能下，国产材料的产量又不够。目前，这个行业仍然是一个由欧美、日本等发达国家所掌控的行业：来自日本、美国、德国的6家企业，占了全球70%的碳纤维产能；另外有5家日本、美国企业占了全球12寸晶圆90%以上的产能；日本还有三家企业占了全球液晶背光源发光材料90%以上的产能。综合来看，我国在国际材料市场上的地位还不算高——我们才刚刚解决了“有无”的问题，距离“先进”还有一定的距离。之所以我们会在这个领域如此落后，我认为主要因为中国材料产业的历史实在是太短了。直到新中国建立，中国才算是真正开始研究材料产业。然而彼时，欧美已经开始琢磨碳纤维和硅片了。发展历程短，就意味着我们没有欧美产业那么多的时间。在漫长的发展过程中，欧美企业可以从容地进行研究，可以不断试错，可以从失败中吸取教训来改进生产和技术。但作为追赶者，中国没有这个条件——我们必须加快速度，我们没工夫试错，我们也没时间去慢条斯理地对整个产业进行规范。正因如此，中国的材料产业始终在解决“有无”的问题，对于性能、应用、行业标准、管理、计量等问题很少进行周密详细的安排。相应地，国内材料产业的发展也存在类似低水平重复建设、低端产品过剩、高端产品稀缺的问题仍旧比较突出。根据2018年工信部相关领导的介绍：中国目前仍然有32%的关键材料处于空白，52%需要进口。一直以来，说好的“材料先行”的策略都没有得到良好落实。中国材料产业的竞争和安全，不容乐观。03材料产业的迷局什么阶段加入什么材料，加入多少材料，用什么工艺处理，出来的东西可能差距非常大，你需要的那个东西就是大海捞针的去挨个试，绝对不存在一步到位这种事。这里面的技术差距有多令人无语？很多时候99%的步骤都相同，就一个细微末节的地方不一样，结果出来的东西性能就完全不一样。实际上世界上几乎所有的基础科学都是窗户纸，只要告知没有看不懂学不会的，甚至普通大学生都能看懂学会，而且会狂拍大腿，原来是这样啊，我怎么就没想到呢。尖端科学理解起来可能很困难，只有顶级人才能看懂，但基础科学不需要，这东西一点都不难。难的是，你不知道那层窗户纸在哪。所以实际上基础科学就是一个砸钱的问题，是要你肯不断的试错，只要你不断的做实验，你就肯定可以突破，无非就是时间长短，花钱多寡的问题。只要你肯花五年十年尝试不同的工艺配方，只要你肯投入天文数字的资源去不断做实验，你一定可以发现光学玻璃需要不断搅拌溶液这一手法。问题的关键在于你有没有那么多钱做实验，舍不舍得投入。美国对于盟国是执行技术共享政策的，但对中国实行技术封锁，一直在封锁从未停止过。假定我们决定研究美国一个10年前发明的技术，预估需要投入1亿的资源，耗费3年时间。如果是美国的盟国做这个事，可能只需要花费5000万元直接购买技术就行了，因为因为已经拥有这项技术的公司转售这项技术属于无成本的净收益，属于凭空获取一笔巨额收入。很多新技术可能需要过几年才愿意卖，但很多老技术愿意卖的公司不计其数。如果能开放技术买卖，中美贸易逆差甚至可以一夜逆转，美国大量的技术卖给中国，瞬间把中国外汇掏空都有可能。卖中国技术，属于互利双赢的结局。但美国不愿意卖技术，宁愿让你投1个亿去研发做重复性的浪费工作也不愿意收5000万把技术给你。因为美国考虑的是遏制中国的发展速度，而不单纯的只考虑自己的收益和互利双赢的问题。如果同意出售技术，那中国原本1个亿的研发经费买完这项技术后还剩5000万，还能再买个技术，这会导致中国的技术发展速度直接翻倍。而拒绝出售技术，中国就只能拿出1个亿的资源大量的做重复性实验，从而实现迟滞中国技术发展的目的，给美国赢取宝贵的战略喘息时间。所以这实际上就是一个钱的问题，美国希望通过技术禁售的手段来大量浪费中国的资源。中国的钱是有限的，资源是有限的，而需要追赶的并不是美国，而是美国及其盟友的一整个西方体系。追平和整个西方世界所有国家的技术差距需要投入的资源是海量的，但这依然只是钱的问题。只要中国的经济发展速度足够快，只要中国能拿出越来越多的钱搞研究，这些基础科学是一定可以追上的。
2020年，太钢集团又研发出了0.015毫米规格的手撕钢，突破了世界纪录
那这项技术的核心奥秘在哪呢？在于轧辊的排列组合，不同的排列组合能轧出的厚度都不一样，至于具体的组合这个当然不能说，很值钱的。20根轧辊的排列组合有上万种，其中只有一种组合是正确的，其余全错，你慢慢去试吧。就是投钱的问题，但首先你得有钱可投。很多时候中国的某项材料是否能够突破，完全取决于有没有市场需求，只要市场需求大，利润高，就一定可以突破。碳纤维材料，90年代全世界最顶级的原材料，西方对中国严格保密。航天、军工、赛车等高端领域都需要碳纤维，美国隐形B2飞机的机身上50%的材料都是碳纤维，这东西曾经是世界级的顶级材料。结果中国短时间内就突破了碳纤维技术。我们之所以突破的那么快，是因为中国有一家造鱼竿的企业，叫光威集团。所以材料学其实是个积累的过程，虽然就一张窗户纸，但只要你不投入资源去试那别人就可以垄断很久很久。对中国而言，只要肯砸钱，就没有突破不了的基础科学，其他的如医学等一系列的基础科学，基本都是靠砸钱试错堆起来的。只要砸钱就行，看似难度不大，但其实难度很大。就好像豪宅一样，砸钱就能买，然后你的钱呢？所以中国最先突破的材料学都是那些有市场需求，能赚钱的领域，其他不赚钱的细分小领域就很难突破，除非国家亏钱搞这个事。十年前中国的公知把日本的笔尖钢夸上了天，把一个市场问题活生生的吹成了政治问题，导致中国太钢接到了政治任务，亏钱也要把笔尖钢给我弄出来。然后就弄出来了，然后整个日本原本靠笔尖钢技术活的很滋润的细分小公司就全倒闭了，太钢也亏了一笔技术研发费，公知脸也被打肿了，三输，输麻了。当然，换来了民族自信心，算综合账我们并不亏。在材料领域中国的发展速度非常的快，产值增速惊人，而且特别喜欢研发新技术新材料，越顶级的技术中国越喜欢研发。因为在最新最顶级的材料竞争力，中国和西方的起步是平等的，大家都没有积累，看似高精尖，但实际上中国反而优势最大，因为我们发展速度快，能快欧美一步，先发优势能让我们吃光新材料的市场，反而那些老旧的技术中国很难突破，因为投了研发费也不赚钱，越老旧的技术中国反而越难突破。看到这里，你应该对中国的优势和劣势到底在哪都非常清楚了，也明白了为什么会如此。那么只要我们保持在最新材料里的研发优势，不在最新材料行业里落伍，只要拖个二三十年的时间，老旧技术就会自然淘汰。届时，中国就可以实现全面反超，以一国之力挑战欧美几十国的技术综合体并非没有可能性。因为这确实就是一个只要靠砸钱和不断试错就能突破的行业。等我们的基础科学全面突破后，那些免费供应全人类的尖端科学，其人才也会大批量的诞生在中国，因为本质上尖端科学的人才是靠国力来孕育的，只有强大的国力才能孕育出爱因斯坦牛顿这种级别的人才。届时，人类灯塔的名号，也归我们了。默默发展，默默赚钱，其他的真的只是时间问题，所谓的技术优势全是窗户纸，砸一笔钱就能捅破一层窗户纸。人大代表、格力电器董事长董明珠曾在两会上提到了“材料问题”。在董明珠看来，材料问题是急需解决的“卡脖子问题”，最大的症结就是投入了没回报。其实，这并不是中国材料行业的问题。企业投入和未来回报不确定性的矛盾，可能是全世界材料企业都发愁的事情。1952年，就职于美国康宁玻璃公司的工程师Donald Stookey在对公司的一种玻璃样品进行热处理，本应被设定在600度的炉子，不知为何温度升高到了900度。
▲ Donald Stookey 博士本以为在这样的高温之下，玻璃会融化成为一滩液体，但Stookey打开炉膛后才发现，这块玻璃样本不仅没有融化，反而变成了一种奶白色的固体物质。令人惊讶的是，这种奶白色的固体物质似乎异常坚硬，即便是从高处坠落到地面也不会破裂。在此基础上，康宁公司研制出了Pyroceram微晶玻璃，这种玻璃的硬度堪比坦克装甲，但密度却比铝还要低，在高温和极寒之下，性质都始终稳定。一度被美军用在洲际弹道导弹弹头上。在微晶玻璃研制成功后，康宁公司又成立了一个名为“Projetc Muscle”（肌肉计划）的项目组，并研制出了一种性能非常优秀的Chemcor玻璃。在那个年代，这种高性能玻璃最大的用途就是作为汽车挡风玻璃。▲ Pyroceram 陶瓷玻璃然而，尽管Chemcor玻璃性能优越，但价格昂贵，销量始终半死不活。无奈之下，在1971年，康宁公司封存了Chemcor玻璃的相关技术，解散了项目组。直到三十四年之后，Chemcor终于迎来了属于它的时代。2005年，摩托罗拉发布了V3手机，开了玻璃屏幕取代塑料屏幕的先河。2006年，康宁公司决定重启Chemcor玻璃。2007年，乔布斯拨通了康宁公司CEO威克斯的电话——苹果希望康宁公司能够提供一款足够耐刮擦的玻璃。▲ 当年的V3手机，土豪的象征于是，在沉寂了整整三十六年之后，Chemcor玻璃再度被启用。在经过一系列升级之后，基于Chemcor的“大猩猩”玻璃正式实现了商用——在随后的十几年中，康宁公司仅从“大猩猩”玻璃上就赚了超过十亿美元。康宁公司也成为了市场上举足轻重的屏幕玻璃供应商。这或许就是材料科学的宿命吧：一个倾注了无数智慧、资金、汗水的技术，或许在三十年之后才会被市场认可。而当年研究这项技术的工程师，也许已经从风华正茂的青年，变成了满头白发的老人。如今，中国科技产业整体上处于高速发展阶段，各行业的更新速度都很快，这必然会带动材料行业的发展。某种意义上来说，只有高科技材料的需求增长，高科技材料企业才有出头之日。04中国材料企业如何突破材料科学的技术突破的确没有“弯道”可以“超车”，但材料企业在经营策略上却可能会遇到很多“弯道超车”的机会。中国材料企业目前处于追赶的地位，技术上的优势并不明显，在高端市场上显得有些竞争无力。今天，世界上的三大碳纤维生产商是日本的东丽、帝人、三菱，三家厂商生产的碳纤维占了全球50%的比重。但在碳纤维产业刚刚起步的时候，玩家反而是来自欧美的大型跨国企业。人们很早就认识到了碳纤维优良性能在军事上的用途，欧美企业也自然直截了当地瞄准了军工市场。但问题是，当时的武器并不需要用碳纤维这样优秀的材料——钛合金、铝合金已经足够了。因此，欧美厂商在碳纤维领域的推进困难重重。日本碳纤维厂商的切入角度是看上去平平无奇的体育休闲用品——东丽碳纤维最早的用途是在钓鱼竿、高尔夫球棍上。一根鱼竿、一根球棒所需要的碳纤维数量并不多，但这些产品的产量常常数以十万计，总体的需求量非常可观。在市场尚未成熟的时候，生存可能才是第一要务。日本企业在消费品市场上赚到了维持企业生存的资本，静静地等待时机。随着技术越来越先进、市场越来越成熟，日本企业开始挺进航空航天市场——1990年，东丽的产品成为了波音777型客机尾翼的一次材料，终于切入了高端领域。此时，距离东丽制造碳纤维产品已经过去了20年。大国重器、军国利器，当然需要最尖端的材料。但对市场上绝大多数企业而言，仅仅服务于“大国重器”并不能保证企业的生存。在市场上，注定只有少数企业才能成为“大国重器”的供应商。对处于追赶地位的中国企业来说，技术和市场都要追赶。如果短时间内追不上技术，那么就需要在市场上获得足够的进步，哪怕只是低端的市场。因此，中国材料产业的突破点其实并不在材料产业本身，而在材料企业的下游——生产高端产品的下游企业，给企业提供高端产品的需求，推动技术发展；生产低端产品的下游企业，给企业带来简单持续的利润，带来存活下去的资本。中国材料产业最需要解决的问题其实并不是某个技术难题，而是“产学研”三者之间的松散联系。
▲ 专利数 = 研发量从技术研发上来看，从2016年开始，中国新材料的专利就已经超越美国和欧洲了，仅次于日本。但直到现在，中国材料企业的市场地位仍然不强——虽然我们手中掌握了大量的专利，虽然世界顶级学术期刊里的材料学论文有一多半都是中国人写的，但我们很难将实验室、学校里的研究结果转化成为产品。表 截至2014年7月全球碳纤维相关专利数量排名
甚至更糟的是——不少科研人员以“论文”为导向，什么热门就研究什么，成为了无情的论文生产机器，但而一线生产中所需要的工艺、技术突破，由于不属于热点课题，往往连校招生都招不到。下游产业对上游产业的拉动作用我们都知道，但很少有产业像材料行业这么需要下游的支持。好在，我们一直在追赶世界最尖端的技术，现在也终于意识到了这些关键技术国产替代的重要性。表 2030年我国对部分新材料的需求体量与目前自主供应能力缺口巨大
▲我们材料缺口非常严重表 2011-2019我国新材料产业产值复合增长速度达21.2%
▲ 中国材料产业发展速度很快有需求，才能有发展。最近几年，中国新材料产业的产值增速非常喜人——达到了每年平均21.2%。中国新材料产业的产值，占了全球产值的近四分之一，这都是中国材料产业逐渐走向正轨的标志。基础不牢，地动山摇，中国科技产业能不能在如今这个风雨交加的时期挺住，就看中国的新材料了。今天，中国已经达到世界一流水准的材料主要还是各种钢铁和建筑材料——船用钢、机械装备用钢、工程建筑材料......而这些材料的背后，无一不是中国已经做大做强的企业。作为一个仍然处于发展阶段的国家，我们不能总是寄希望于弯道超车。因为很多领域是根本不存在弯道的。努力然后等待，才是唯一的出路。不要问中国材料什么时候可以做大做强。当中国材料企业的客户更多来自于半导体、航空航天、军工等高端产业的时候，中国材料的春天就来了。
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