【編者按】沒(méi)有人會(huì)否認(rèn)制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的重要性，同樣也不會(huì)有人否認(rèn)創(chuàng)新對(duì)于制造業(yè)的重要性，但并沒(méi)有多少?lài)?guó)家真正把制造業(yè)當(dāng)做根基看待淌山。本文以美國(guó)為范例，看看他們?cè)谛虏牧蟿?chuàng)新中奔滑，有哪些獨(dú)到之處艾岂。

沒(méi)有人會(huì)否認(rèn)制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的重要性，同樣也不會(huì)有人否認(rèn)創(chuàng)新對(duì)于制造業(yè)的重要性迈壤，但并沒(méi)有多少?lài)?guó)家真正把制造業(yè)當(dāng)做根基看待。即使是美國(guó)磕裂，目前的制造業(yè)也正在經(jīng)歷”頹廢“趟雄。為了重振“重振制造業(yè)”，奧巴馬政府逐步開(kāi)啟了制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃印姑。這個(gè)創(chuàng)新計(jì)劃窖夸，旨在推動(dòng)高校、企業(yè)狮贪、政府三者通力合作杂员，縮小科研與商業(yè)之間的差距，促進(jìn)新技術(shù)尾杆、生產(chǎn)工藝设塑、產(chǎn)品和教育項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)琉语，振興美國(guó)制造業(yè)（有木有覺(jué)得跟我國(guó)所提的產(chǎn)、學(xué)譬奈、研三者結(jié)合思想很相像密哈？）。為此莺戒，美國(guó)計(jì)劃興建15家制造業(yè)創(chuàng)新研究所伴嗡，目前已完成5家。其中从铲，涉及到材料的有哪些瘪校？他們都是專(zhuān)注于哪些材料？一起來(lái)關(guān)注一下名段！

3D打印機(jī)技術(shù)

美國(guó)設(shè)立的第一個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心是2012年8月組建的國(guó)家3D打印機(jī)制造創(chuàng)新研究所渣淤。該創(chuàng)新中心由國(guó)防部、能源部吉嫩、商務(wù)部价认、國(guó)家科技基金會(huì)、國(guó)家航空航天局等政府部門(mén)自娩，以及俄亥俄州用踩、賓夕法尼亞州等地企業(yè)、學(xué)校共同出資8500萬(wàn)美元組建忙迁。

3D打印技術(shù)脐彩，又稱(chēng)增材制造技術(shù)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料( 包括熱塑性塑料及光敏樹(shù)脂) 等可粘合材料吠败，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體发刨。3D打印在工業(yè)上應(yīng)用已有幾十年之久，并不是一項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)的技術(shù)镇轿，但的確是在這幾年開(kāi)始火起來(lái)的太队。在前些年，3D打印甚至被熱炒成“第三次工業(yè)革命”斟彻，引起了不少的爭(zhēng)議痢玖。不可否認(rèn)的是，3D打印成果也層出不窮

不管是質(zhì)疑也好粟辛，力捧也好氨案，3D打印必然會(huì)在將來(lái)的制造業(yè)擔(dān)當(dāng)一個(gè)重要而特殊的角色。

輕量及現(xiàn)代金屬制造

2014年2月芙掖，美國(guó)國(guó)防部牽頭底特律組建輕量及現(xiàn)代金屬制造創(chuàng)新研究所锻刺。該研究所共計(jì)由包括全球著名的鋁合金、鈦合金伊镐、高強(qiáng)鋼制造商懂版、材料提供商在內(nèi)的36家公司鹃栽，12家高校及實(shí)驗(yàn)室，18家組織機(jī)構(gòu)參與建設(shè)定续，資金投入7000萬(wàn)美元谍咆。輕量及現(xiàn)代金屬制造創(chuàng)新研究所將注重于促進(jìn)在風(fēng)力渦輪機(jī)、飛機(jī)框架私股、醫(yī)藥設(shè)備摹察、武裝車(chē)輛等等領(lǐng)域上使用的輕量化合金制造。

經(jīng)過(guò)材料人網(wǎng)行業(yè)探討欄目多篇文章的探討倡鲸，想必大家對(duì)輕量化或者輕合金并不陌生供嚎。對(duì)于交通工具和機(jī)械制備來(lái)說(shuō)，輕量金屬可以提高性能峭状，增強(qiáng)安全性克滴，提高燃油效益等等。例如大范圍使用鋁合金优床，福特2015款F-150皮卡劝赔，比2014款足足輕了700磅。

當(dāng)然胆敞，現(xiàn)在輕質(zhì)合金還存在一些技術(shù)壁壘诸痢，例如價(jià)格仍然較高，能耗較大酝梧，應(yīng)用還比較局限斜回。而該研究所的中心目的就是通過(guò)解決制造的技術(shù)障礙來(lái)使新一代的輕質(zhì)金屬及合金獲得市場(chǎng)。

下一代電力電子制造

2014年1月掸阶，美國(guó)政府宣布由北卡羅來(lái)納州立大學(xué)領(lǐng)銜凳贰，共計(jì)5所大學(xué)、2家美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室窟著，以及18家企業(yè)組建“下一代電力電子制造創(chuàng)新研究所哗励。該研究所獲得了美國(guó)能源部以及工業(yè)方面的7000萬(wàn)美元的資金支持。該研究所的使命是促進(jìn)新一代半導(dǎo)體芯片及設(shè)備的開(kāi)發(fā)程鸵、設(shè)計(jì)鹿磁、制造。具體而言频僵，在未來(lái)五年內(nèi)，該研究所將致力于推進(jìn)以氮化鎵和碳化硅為基礎(chǔ)的寬帶隙半導(dǎo)體電力電子器件化诚凰，降低其成本嫌术，以取代目前廣泛使用的硅基半導(dǎo)體。

一般而言牌借，室溫下帶隙大約2.0ev的半導(dǎo)體材料被稱(chēng)之為寬帶隙半導(dǎo)體度气，例如氮化鎵割按、碳化硅、氧化鋅磷籍。寬帶隙半導(dǎo)體有很多優(yōu)點(diǎn)适荣，能夠在更高的溫度（例如碳化硅的工作溫度可達(dá)600度）、更高電壓以及更極端的環(huán)境下運(yùn)行院领，具有極大提升電力電子產(chǎn)品能源使用效率和可靠性的潛力弛矛。目前寬帶隙半導(dǎo)體比較成熟的應(yīng)用是在LED照明上。

但是比然，寬帶隙半導(dǎo)體難以長(zhǎng)成塊體材料丈氓，需要其他材料作為襯底。例如LED半導(dǎo)體芯片强法，基本上采用藍(lán)寶石或者碳化硅襯底外延生長(zhǎng)氮化鎵万俗。不過(guò)這種制備工藝也存在很多問(wèn)題，例如襯底材料與半導(dǎo)體熱膨脹系數(shù)不匹配梭唆、外延生產(chǎn)造成缺陷辆泄、加工及刻蝕困難等等。

先進(jìn)復(fù)合材料制造

2014年2月踱陡，奧巴馬政府宣布在南卡羅來(lái)納州組建先進(jìn)復(fù)合材料制造研究所铐坠，將由美國(guó)能源局等機(jī)構(gòu)在五年期間向該研究所投資7000萬(wàn)美元。該研究所將首要關(guān)注于較低成本以及使制造過(guò)程更加節(jié)能地制造碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料园溃，以便滿(mǎn)足純動(dòng)力車(chē)及混動(dòng)車(chē)坝偶、風(fēng)力渦輪、天然氣儲(chǔ)存罐等能源方面的需求冲雾。

先進(jìn)復(fù)合材料有很多種醉檐，其中應(yīng)用最廣、最成熟的屬以碳纖維奥怪、玻璃纖維為代表的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料勿镇。纖維增強(qiáng)塑料是以碳纖維或者玻璃纖維為增強(qiáng)材料，聚合物為基體的復(fù)合材料盘瞧，其最大的特點(diǎn)恐怕是高強(qiáng)質(zhì)輕蚂兴。運(yùn)用纖維增強(qiáng)塑料，可以制備出燃效更佳的輕質(zhì)汽車(chē)膘掰，更輕更強(qiáng)的風(fēng)力渦輪葉片以及其他更輕章姓、更節(jié)能的工業(yè)裝備。

例如识埋，先進(jìn)復(fù)合材料可以降低乘用車(chē)約50%的重量凡伊，從而提高約35%的燃效，而并不損害汽車(chē)的性能和安全性。如果按照當(dāng)前的油價(jià)計(jì)算系忙，經(jīng)過(guò)整個(gè)使用期的汽車(chē)可節(jié)省大約5000美元的燃料诵盼。在風(fēng)能業(yè)中，使用先進(jìn)復(fù)合材料银还，其渦輪葉片可以做得更長(zhǎng)风宁、更輕、更強(qiáng)蛹疯，也就可以捕捉到更多的風(fēng)能戒财。

但是，纖維增強(qiáng)塑料目前存在著成本高昂苍苞，制造過(guò)程需要大量的能量固翰，難以回收等問(wèn)題，制約其廣泛應(yīng)用耕粪。按照能源局既定的計(jì)劃治盆，先進(jìn)復(fù)合材料制造研究所將在10年內(nèi)將纖維增強(qiáng)塑料生產(chǎn)成本下降50%，生產(chǎn)過(guò)程能耗下降75%妨宙，回收利用率達(dá)到95%矫摸。

此外，剩下的一家創(chuàng)新中心是數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新中心伐歇，總部位于芝加哥,由UI實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo),73個(gè)企業(yè)烧锋、大學(xué)、非盈利組織和試驗(yàn)室組成磁姻。

從上面的介紹密梯，我們可以看到，目前已經(jīng)宣布成立的5家制造創(chuàng)新研究所革睬，4所與材料密切相關(guān)（除了3D打印還涉及其他外安影，另外3所可以說(shuō)是新材料創(chuàng)新研究所），材料創(chuàng)新被擺在了一個(gè)極為重要的地位竣康。

另外膏蚓，創(chuàng)新中心所專(zhuān)注的材料也是相當(dāng)務(wù)實(shí)的。輕質(zhì)合金畸写、復(fù)合材料及半導(dǎo)體材料已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中有了較為成熟的應(yīng)用驮瞧，只是仍然存在著技術(shù)上的難題，阻礙了它們的更大范圍的應(yīng)用枯芬。在這些領(lǐng)域發(fā)力论笔，比之在一些前沿新材料上，可能更有成效千所。

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