卡脖子技术中新材料的身影总览篇

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作者:「中大咨询研究院」产业研究组原创来源:中大商业评论(ID:mpreview)

引言

新材料作为战略性新兴产业发展的基石,其重要性不言而喻。本文从另外一个特殊的视角——“卡脖子”技术出发,梳理35项“卡脖子”技术[1]中所涉材料,探究哪些是与新材料有关,具体是哪些新材料。

新材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料[2]。新材料具有高技术含量、高更新速度、高度关联性、高度环保性等特征,能够对其他产业的发展起到重要的物质基础和技术带动作用,多省市将其作为未来重点发展产业。

图1“卡脖子”技术中新材料的身影概览图

1、手机射频器件

手机射频器件的核心部件是射频芯片,国产射频芯片的难点之一在于半导体材料方面:射频电路需要高电子迁移率,这方面砷化镓和硅锗等化合物半导体表现要比硅材料好很多,但我国在这些材料商业化方面的一致性、电性能均匀性还不理想。随着半导体产业的发展,半导体材料也从以化合物半导体为主的第二代发展到以氮化、碳化硅等为代表的第三代,也即宽禁带半导体材料。

宽禁带半导体材料是我国重点发展的关键战略材料之一,我国在该材料领域的积极布局,能够积极推动芯片产业体系的完善,探索打破光刻技术封锁、实现弯道超车,有利于助推国际半导体产业格局的改变。

2、光刻胶

光刻胶由成膜树脂、感光剂、溶剂和添加剂等组成,光刻胶国产化的主要难点在于国内缺乏生产光刻胶所需的原材料,致使现开发的产品碳分散工艺不成熟、碳浆材料不配套,其中树脂和增感剂核心原料大部分仍依赖于进口,而作为生产光刻胶最重要的色浆,至今依赖日本。

LCD产业用高饱和度光刻胶、集成电路用光刻胶及其关键原材料为我国重点发展新材料,光刻胶材料技术的突破对于完善我国面板产业链、支撑我国微电子产业未来发展有着重要意义。

3、ITO靶材

ITO靶材是一种贵金属材料,尺寸大型化、高密度化、靶材本体一体化是其未来发展趋势。目前ITO(氧化铟锡)靶材的产业瓶颈主要在大尺寸的靶材制造方面,受制于烧结炉等生产设备,我国在大尺寸靶材上难以实现量产。

高密度ITO靶材是我国重点发展的新材料,该项材料技术的突破,能够积极推动我国铟低价出口再高价买回制品的被动局面,也能够进一步完善我国新一代信息技术产业链。

4、芯片

我国在芯片产业链中“卡脖子”的主要环节之一在晶圆制造,在于制造所需的设备和材料。晶圆制造的材料包括:硅片、光掩膜、光刻胶、电子特气、溅射靶材和CMP抛光材料等。

晶圆制造材料中所涉大尺寸硅材料、集成电路用光刻胶、高纯特种电子气体、高纯金属溅射靶材、CMP抛光材料(抛光液和抛光垫)等均为我国重点发展的新材料。

5、航空发动机短舱

短舱是一套极为复杂的集成系统,需要满足在高温、高速、高压等极端条件限制的基础上,实现降低发动机噪音、除冰防火防雷击、稳固支撑、滑行减速、飞机美化、便于维修等多项功能。我国国产航空发动机项目已在进行中,但与之匹配的短舱系统的关键技术仍有待研究与突破,国产短舱的难点之一在于考虑大尺寸短舱如何减少所受重量及阻力的问题,这需要从设计、材料和工艺上共同发力。碳纤维复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀等性能,广泛应用在发动机短舱的设备零件中。

短舱系统所需的碳纤维复合材料是我国在重点应用领域急需的,也是将重点突破的新材料。短舱系统技术的突破,有利于推动其与国产发动机进行匹配、推动国产航空发动机产业链的自主完善。

6、环氧树脂

环氧树脂是碳纤维的关键复合辅材之一,相关资料显示,对连续碳纤维增强复合材料使用性能构成最大威胁的是复合材料对低速冲击分层损伤较为敏感,其主要原因之一是环氧树脂本身韧性不足。受制于智能自动化设备缺乏、环氧树脂本身特性改性难等因素,国产高端碳纤维所使用环氧树脂几乎全部依赖于进口。

高性能碳纤维及复合材料是我国重点发展的关键战略材料之一,被誉为“新材料之王”,耐老化、耐高温、耐腐蚀的特性使其在多项领域发挥着不可替代的作用。

7、触觉传感器

触觉传感器的难点在于要灵敏捕捉“一点点”压力的输入,并给出严格匹配的输出,输出需达到稳定、精确的要求,并且能消除不同“维”间的耦合干扰。除工艺外,材料的纯度也是国产触觉传感器的难点,阻碍着传感器技术从实验室走向工业生产。近年来,石墨烯因具有良好的导电性和纳米挠性,在触觉传感器上拥有理想的应用效果而受到广泛


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