全球最牛的高分子实验室

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2018-05-07 20:44:13

据理财周报记者统计,全球涉足高分子材料科学研究的科研机构、高校研究所、顶尖公司研究所共有175所。其中,美国有53家,除了美国以外的主要地区包括欧洲、韩国、日本、新加坡、南非等有76家,中国有46家,美国是拥有顶尖科研机构、高校研究所和公司研究所最多的国家,科研实力全球领先。

与科学同行,理财周报材料科学实验室研究组再次进入高分子材料领域,深入探索高分子材料在美国各科研机构、高校研究所以及顶尖公司研究所的布局。

据理财周报记者统计,在美国涉及高分子材料科学研究的顶尖高校以及科研机构共有50所,其中名列前五的分别是麻省理工学院、斯坦福大学、伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校、西北大学以及加州大学伯克利分校。

在美国,高分子专业具有很强的跨学科性,因此其研究很多时候是跨学科的研究。而设有独立的高分子专业的著名高校有阿克伦大学、凯斯西储大学、里海大学、马萨诸塞大学阿姆赫斯特校区、密歇根大学安娜堡分校、卡耐基梅陇大学等。

其中,凯斯西储大学拥有美国第一个高分子系,全球最领先的高分子专业,主要研究方向为高分子科学研究的合成、结构、加工、性能和使用的聚合物以及以这些大的分子为基础的合成材料,包括塑料、纤维、橡胶、电影、油漆、膜、粘合剂等。再有,凯斯西储大学的国家重点实验室,是由美国国家自然基金会资助,在那里几乎所有的研究生都可以获得奖学金支持;密歇根大学大分子科学与工程中心,是全球知名高分子研究组,研究领域非常之广泛。世界材料科学领域排名前100科学家,密歇根大学拥有3位,处于美国第5的位置;而卡耐基梅陇大学的高分子专业叫胶体、聚合物和表面专业,博士为化学工程,研究领域非常广泛。

此外,波士顿大学聚合物研究中心、普林斯顿大学化学工程部、加州理工学院化学工程与聚合物物理流变学、麻省理工学院的科技与聚合物物理研究小组、纽约科技大学的化学与材料科学聚合物研究中心、芝加哥大学的材料中心、弗罗利达大学的瓦格纳小组、马萨诸塞大学的阿姆赫斯特高分子研究与教育中心、马萨诸塞大学塑料工程罗维尔分校、南密西西比大学、田纳西大学诺克斯维尔分校、得克萨斯大学阿灵顿分校、北达科他州立大学聚合物与涂料部、纽约科技大学化学与材料科学聚合物研究中心、明尼苏达大学、康奈尔大学以及新罕布什尔大学也都是集聚高分子材料科学研究精英的“圣堂”。

其中,据记者了解,康奈尔大学当前研究的目的是将智能的自组装软高分子材料与功能的固态材料产生新颖的多功能混合材料。

而马萨诸塞大学高分子科学与工程阿姆赫斯特部拥有世界最著名的顶级科学家。在过去的一年中,瑞安海沃德除了收到美国化学学会(acs)的胶体与表面化学部门联合利华奖,还收到一个能源部(doe)早期事业奖;亚历克斯获得海军研究办公室年轻调查员奖;艾尔・克罗斯比被授予一个espci-michelin奖学金。其在全国和国际被公认的研究和创新活动中,汤姆・罗素2011年被授予马塞诸斯州大学的考试奖项。最近美国国家科学基金会(nsf)签订了一份5年期、价值2000万美元的赠款用于支持一个国家研究中心,而吉姆・沃特金斯是主导。

实际上,从马萨诸塞大学高分子科学与工程阿姆赫斯特部设立开始已经超过45年,高分子科学与工程部门已经超过200名科学家和学生和价值超过2400万美元的实验室设备。

1973年,聚合物的研究在马塞诸斯州大学阿默斯特获得了重大的推进,建立材料研究实验室由美国国家科学基金会赞助。这个组织今天成长为一个nsf支持的材料科学与工程研究中心(mrsec)。mrsec支持跨学科研究团队,涵盖范围广泛的聚合物研究领域,包括当前的热门话题如界面组装的纳米粒子,单分子显微术、嵌段共聚物和闪存。

可以说,马塞诸斯州大学阿默斯特是国家为数不多的nsf材料科学与工程研究中心之一。

不得不提及的还有阿克伦大学的聚合物科学与工程学院。

据记者了解,罗伯特・c与高分子科学和聚合物工程学院院长斯蒂芬z・d已经被公认为2013年美国物理学会聚合物物理学奖得主,这是在美国和世界各地物理高分子科学领域的最高荣誉。"

aps聚合物物理学奖每年颁发一次表彰杰出成就和卓越贡献的高分子物理研究者,开放给所有国家无论在社会或科研位置进行工作的科学家,该奖项成立于1960年,现在的陶氏化学公司是它的主要支持者。

一个国家核心的科研团队除了高等学府的研究所之外,研究机构也是一大主力军。在美国,国家实验室是国家创新体系的关键组成部分,是国家组织高水平基础研究,也是竞争战略高科技研究的核心力量,在创新力量上发挥“锦上添花”的作用。

作为世界第一科技大国,美国拥有多个高分子材料研究所,其中较为著名的有美国标准与技术研究院、nist化学科学与技术实验室以及nist材料科学与技术实验室。

作为权威科研机构,美国标准与技术研究院(nist),前身为国家标准局(nbs,1901年~1988年),是一家测量标准实验室,属于美国商务部的非监管机构。nist总部位于马里兰州的盖瑟斯堡,在国内约有350个附属研究中心。

目前,nist共有6个实验室,分别为工程实验室、信息科技实验室、材料测量实验室、物理测量实验室、纳米科技中心、nist中子研究中心。nist科研实力雄厚,全院共有科技及管理人员3000多人(其中有博士学历的占50%, 硕士占22%,学士占25%),其中有两位诺贝尔奖获得者。

美国标准与技术研究院下设多个专业领域研究所,其中“材料科学与工程研究所”设有冶金、陶瓷、高分子材料、断裂与变形、原子辐射、无损检测等研究室。该所历史悠久,尤其在材料土壤腐蚀试验研究领域卓有成效。从1910年至1955年,在全国128个试验点有333种材料和个试验件,并发表专著。该所还在全国八个地区设立了标准的大气试验站,进行了大量的金属、非金属材料的大气环境试验。此外,该所上世纪六十年代还进行了30多种不同牌号材料(包括涂层)的钢桩海水腐蚀试验,取得了大量的宝贵的资料,近年来又进行了钢筋混凝土的地下腐蚀试验。

研究的目的在于实现产业化,在于对经济社会和日常生活的服务功能。
在高分子材料的产业化发展过程中,一批具有创新精神的企业走在了时代的前沿,这其中包括大名鼎鼎的杜邦公司、尤尼艾克斯公司(uniax)、明尼苏达矿务及制造业公司(3m)以及光学聚合物研究公司(optical polymer research,)等。

此外,拥有独立研发中心的公司还包括大家所熟悉的苹果公司,其最新研发的iphone5c最大的创新在于后盖运用了高分子材料――聚碳酸酯。

化工行业是诞生材料科学基础物质最重要领域之一。

据理财周报材料科学实验室不完全统计,400种新材料重点产品中至少有120种来自化工行业。作为大型化学公司,美国杜邦公司历来重视研究开发,自1802年建立以来,已拥有约20项专利和重大发明。从1804年第一批黑火药制成投入市场开始,杜邦公司的高分子材料研究就处于世界领先地位。80年代以来,研究开发重点是与节能有关的聚合物材料,2000年杜邦sorona是杜邦3gt技术的名称,在杜邦技术库中是最先进的聚合物平台。

据调查,杜邦每年研发工作的预算高达20亿美元。目前,杜邦的研究重点是通过对生物技术的基础性和应用研究进一步扩展公司在化学和材料科学领域的传统技术平台,把生物学上的能力嫁接到材料学上,寻找突破性的增长点。

与杜邦公司所采用的多元化战略不同,专注于一个领域是另一条发展路径。提到轮胎,就耐用性质量高的产品而言,大家首先想到的应该是good year――美国固特异轮胎橡胶公司。固特异专注于轮胎的研发,是世界上最大规模的橡胶生产大王。在高分子材料研发领域,固特异最新研发的是高分子聚合物硅胶配方,目的在于使分子黏合更紧密,减少轮胎滚动时内部热量的产生,从而降低滚动阻力,达到更低油耗的效果。

此外,具有浓厚的学术背景的uniax公司走出了一条产学研相结合的新路子。uniax公司是由美国高分子化学家、诺贝尔化学奖获得者alan j.heeger教授联合加州大学圣塔芭芭拉分校材料系教授p.smith于1990年共同创立的,alanj.heeger时任该校为他所成立的高分子及有机固体研究所所长。
uniax公司由头不小,是有机聚合物器件的研究和开发的典型代表,生产出世界上第一个聚合物oled(有机发光二极管)显示器。聚合物有机发光二极管对于开发用于移动设备、移动电话和便携式数字助理器上更明亮、更便宜和更轻便的显示器方面至关重要。

德国美因茨大学的研究中心主要集中在材料科学,粒子物理和核化学中的科学,免疫学和肿瘤学医学和文化研究和媒介研究中的人文科学和社会科学等。并且在校园里还有专门进行化学研究的马克斯・普朗克研究所和进行高分子研究的马克斯・普朗克研究所,这些研究所都与该大学有着密切的合作。马克斯・普朗克协会、弗劳恩霍夫协会两个协会并驾齐驱,为德国最高水平的两大科研机构,在国际上享有盛誉,普朗克研究所基础科学方面的造诣颇深,而弗劳恩霍夫协会更偏重于应用科技的研究。其中马克斯・普朗克协会下属有马普高分子所。

布尼兹联合会,一家德国各专业方向研究机构的联合会,学会成员包括84家大学外的研究机构,总部位于德国首都柏林。研究领域涵盖自然科学、工程科学、环境科学、经济科学、社会科学、地球科学和人文科学,基础科学研究与应用相结合,与高等院校、工业界及其它国内外研究机构合作紧密。莱布尼茨学会共有工作人员约人,经费14亿欧元(2011年)。莱布尼茨协会机构分为五个部分,其中数学、自然科学及工程学部分中,莱布尼茨高分子研究所单独存在,地址位于德累斯顿。

朗盛集团为德国一家特殊化学品集团,公司的产品主要集中在特殊化学品、基础化学品、精细化学品、橡胶和塑料等领域。公司为全球最大的合成橡胶生产厂商,总部位于德国勒沃库森,在全球50多个国家设有生产工厂,核心业务是开发、制造并销售化学品、橡胶、和塑料产品,在橡胶、工程橡胶和橡塑助剂等领域处于全球领先地位。

目前,朗盛集团在我国青岛科大都市科技园设立了德国朗盛集团(青岛)研发中心。研发中心总投资规模为1600万美元,由朗盛工业橡胶制品业务部、丁基橡胶业务部和顺丁橡胶业务部共同运营管理。研发中心的主要功能是依托其在橡胶材料、工程塑料和橡塑助剂等领域的国际领先技术,与青岛科技大学橡塑材料国家重点实验室进行深层次科技合作,开发新型高分子材料的制备、加工和应用研究以及新材料新技术的前期研发的高级人才。

英国的高分子研究机构主要集中在顶尖大学中,如剑桥大学、伦敦帝国学院以及首次从石墨中分离出石墨烯的曼彻斯特大学。

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・海姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中把石墨烯分离出来,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

俄罗斯高分子材料的主要研发机构:俄科院合成高分子材料研究所、航空材料研究所、国立高分子化学和技术研究所、全俄高分子纤维研究所、国家航空技术研究所以及若干科研生产联合体和企业。研究资源较为集中。

此外,瑞士的苏黎世联邦理工学院和巴黎高等洛桑联邦理工学院的高分子材料研究所也跻身全球一流水平之列。

日本国家材料科学研究院,由日本国家金属材料研究所与国家无机材料研究所于2001年合并而成立。研究领域包括能源与环境材料、纳米材料和先进的关键技术三个领域。

日本纤维高分子材料研究所为日本通商产业省工业技术院直属的国立科研机构,创建于1918年,位于茨城县筑波郡,有科研人员107人。初称绢丝试验所,设在横滨市。1937年改为纤维工业验所,开始从事人造纤维的研究。1948年隶属于国立业技术院,主要研究合成纤维,同时继续研究人造纤维天然纤维。

此外,日本还拥有国家高级产业科学技术研究院、日本科学技术振兴机构等全国性的专业高分子材料研究所。

韩国noah高分子材料研究所在热转印领域开发实力十分雄厚,其技术成果和产品在欧美等地区都有销售,一直是烫金行业高端技术的合作伙伴,和德国kurz、美国皇冠等均有合作关系,被韩国知识经济部评为韩国第五大知识经济输出机构。

而韩国和日本的企业也同样拥有不俗的研究实力,以高分子材料偏光片为例,目前,全球比较知名的厂商有日系厂商日东电子、住友化工和三立子,韩系厂商lg和三星,另外台系厂商奇美材料、明基材料、力特光也占据一定的市场份额。

此外,新加坡新加坡国立大学和南洋理工大学的高分子材料研究也在国际范围内享有盛誉。

“国立台湾大学”高分子科学与工程学研究所于2002设立,主要致力于高分子合成、高分子物理、微结构与特性分析及精密高分子加工等教学与研究,并建立四项重点研究,新颖高分子合成及构形精准控制、高分子微结构形态分析鉴定及理论模拟、高分子/无机混成材料电子光电元件应用、生医高分子应用,且达一流研究成果。

2005-2010年,中国台湾大学高分子科学与工程学研究所,发表之sci期刊约500篇。并执行国科会及产业计划,获得经济部补助成立“前瞻性高分子奈米研究中心”,执行学界科专大型计划。教授获得国科会杰出研究奖,教育部及经济部产学合作奖及中国工程师学会杰出工程教授奖等重要荣誉。

在领略了其他地区高分子材料研究所的风采后,我们走进中国大陆地区高分子研究所和高校实验室。

大陆研究所方面,中国科学院占据了绝对的主导地位。第三方研究显示,中科院材料科学专业的研究已经连续多年全球领先,现在也是一直走在“路上”

1949年,伴随着新中国诞生而成立的中科院,在国内科学研究领域的顶尖地位一直不可撼动。在建国初期“两弹一星”领域如是,在近年的新材料研究领域也如是。

这里汇聚了全国最杰出的科研人才,先后有1100余位科学家当选为中国科学院院士、15位国家最高科技奖获得者、600位国家重大科技任务的首席科学家或主要带头人,800余位国家杰出青年基金获得者,53个国家自然科学基金创新群体,900余人在重要国际科学组织担任重要职务。

中科院共拥有12个分院、100多家直属研究机构、100多个国家级重点实验室和工程中心以及212个野外观测台站,全院科研人员达5万余人。
理财周报与多位材料科学领域科学家交流得知,中科院在材料科学方面的研究不但国内领先,在国际范围内也享受很高的声誉。

在中科院的下属研究机构中,重点研究材料科学、与新材料研究相关的主要包括中科院宁波材料技术与工程研究所、中科院化学研究所、中科院物理研究所、中科院国家纳米科学中心、中科院金属研究所、上海应用物理研究所、上海硅酸盐研究所、长春应用化学研究所等机构。

此外,涉及材料科学研究的中科院直属单位还有高能物理研究所、半导体研究所、光电研究院、微电子研究所、北京综合研究中心、工程热物理研究所、大连化学物理研究所、上海技术物理研究所、上海有机化学研究所等众多研究单位。

“材料科学的范畴非常大,在中科院的100多家下属机构中,只要是与物理、化学研究相关的机构几乎都有涉及新材料的研究。”中科院宁波材料技术与工程研究所韦主任对记者表示,“具体到高分子材料这一块,除了我们所,上海应用物理研究所、上海硅酸盐研究所、长春应用化学研究所等好几个所的高分子材料研究都做得非常好。”

据悉,中科院化学研究所的主要学科方向为高分子科学、物理化学、有机化学、分析化学。该所共获得国家和省部级成果奖励290项,目前有中国科学院院士10人、发展中国家科学院院士4人、国家杰出青年基金获得者57人、中国科学院“百人计划”入选者52人,国家自然科学基金委员会创新研究群体7个。化学研究所现有3个国家重点实验室,8个中国科学院重点实验室,1个中国科学院先进高分子材料创新工程中心,1个所级实验室,1个分析测试中心。

中科院长春应用化学研究所是另一个高分子材料研究的重点研究所。该所主要研究方向为高分子化学与物理、无机化学、分析化学、有机化学和物理化学,目前建有高分子物理与化学国家重点实验室,高分子复合材料工程实验室(中国科学院高分子复合材料工程化研发平台)等高分子材料相关实验室,现有中国科学院院士4人、发展中国家科学院院士3人、博士生导师80多人,建所以来共取得科技成果1200多项,其中包括镍系顺丁橡胶、火箭固体推进剂、稀土萃取分离、高分子热缩材料等重大科技成果450多项,创造了百余项“中国第一”。

同样在高分子材料研究中具有重要地位的研究所是中科院宁波材料技术与工程研究所。该所下设“高分子与复合材料事业部”,主要开展通用高分子材料的功能化与高性能化、 环境友好高分子材料的加工应用技术及特种树脂及高性能材料开发的研究。全所目前在pnas、advanced materials、jacs、macromolecules等刊物中共发表论文535篇,其中sci和ei收录论文315篇;获授权发明专利27项,申请发明专利319项,目前已经与宁波镇海国创公司、宁波金鸡公司、宁波欧琳集团、德州精密电子有限公司等28个企业联合建立了工程技术中心。

该所目前已在固体氧化物燃料电池、稀土永磁材料、超临界绿色发泡聚丙烯、低成本热塑性聚酰亚胺、高性能润滑dlc薄膜材料、新型电流变液材料、碲化铋基热电致冷材料、磷酸铁锂电池材料等一系列研究已经逐步完成从实验室小试向中试、产业化阶段的转化,正在积极进行市场推广。

中科院上海硅酸盐研究所的学科方向是先进无机材料科学与工程,主要研究领域涵盖了人工晶体、高性能结构与功能陶瓷、复合材料、特种玻璃无机涂层、生物环境材料、能源材料、复合材料等,其中不少研究都涉及高分子材料。历年来,该所累计取得科技成果937项,获得国家、中国科学院、上海市等省部级以上各类科技奖项387项,其中国家发明奖26项,国家自然科学奖7项,国家科技进步奖13项。历年来申报专利1451项,批准专利625项。

中科院上海应用物理研究所则侧重应用物理研究,在研(建)重大项目有国家发展改革委民用非动力核技术高技术产业化专项“辐射改性功能型高分子新材料高技术产业化示范工程”、上海光源(ssrf)国家重大科学工程,国家973项目“基于超导加速器sase自由电子激光的关键物理及技术问题研究”、“人工纳米生物机器构筑与生物医学应用的基础研究”等,建所以来共取得科研成果600余项。

除了站在高分子材料研究顶峰的中科院直属单位,其他顶尖高校的高分子材料研究力量也举足轻重。国内高分子材料研究位居前列的高校实验室,主要包括华北地区的清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、天津大学、北京理工大学等。

上海江苏浙江地区高校高分子材料实验室同样雄厚,重点高校包括上海大学、华东理工大学、上海交通大学、浙江大学、同济大学、南京理工大学、南京大学等。

其他地区方面,中国科学技术大学、华中科技大学、中南大学、西安交通大学、四川大学、西北工业大学、华南理工大学、东南大学等高校的高分子材料实验室也有占有一席之地。

清华大学材料学院目前拥有先进成形制造教育部重点实验室、新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室、先进材料教育部重点实验室、贝氏体钢研究及推广中心、材料科学与工程教学实验室、材料科学与工程研究院中心实验室、清华-标乐材料样品精细制备与微结构表征联合实验室、北京电子显微镜中心、纤维陶瓷复合材料联合研究中心、新能源材料研究所一大批新材料研究重点实验室。近年来,该学院在nature、science等刊物上发表了大量学术论文,获得了多项国家级奖励。据isi统计,本学科近10年发表的sci论文数量和被引用次数居全球高校前列。

上海大学材料学院拥有中国科学院与工程院院士4名、”长江计划”特聘教授1名、国家杰出青年科学基金获得者1名、国家级有突出贡献的中青年专家2名、上海高校特聘教授(东方学者)2名。该学院下设高分子材料系,研究方向主要是聚合物合成、功能高分子材料、高分子基复合材料及涂料的研究与开发等。

上海交通大学高分子材料研究包括化学与化工学院以及材料学院,核心力量则在化学与化工学院。该院现有中科院院士2名,长江学者2名。学院下设三系、五所,其中包括高分子科学与工程系和高分子材料研究所,主要科研方向是新型聚合反应,具有光、电、磁、医用等各种功能高分子材料。

华东理工大学高分子研究同样出色,涉及的学院也包括化工学院以及材料科学与工程学院,其中材料科学与工程学院下设高分子材料系,是高分子研究方面的主力。华东理工材料学院还拥有特种功能高分子材料及相关技术教育部重点实验室。

同济大学的高分子研究主要在材料科学与工程学院,其中材料学是全国首批博士点之一,也是国家和上海市重点学科、国家“211工程”项目重点建设学科、教育部21世纪教育“振兴行动计划”的重点建设学科、“长江学者奖励计划”特聘教授设岗学科。该学院设有高分子材料专业和专门的高分子材料研究所、功能高分子材料研究所、纳米与生物高分子材料研究所等几大高分子研究中心。

高分子材料涉及的顶尖公司,主要包括康得新、中国石化、佛塑科技、金发科技、三爱富、津膜科技、盛波光电、三利谱等,这些公司大都拥有自己的研发团队和研发中心。与上述中科院研究所、高校研究所不同的是,这些公司在高分子材料产品研发和产业化方面结合的最好。