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       沒有人會否認制造業對于一個國家的重要性，同樣也不會有人否認創新對于制造業的重要性，但并沒有多少國家真正把制造業當做根基看待。即使是美國，目前的制造業也正在經歷”頹廢“。為了重振“重振制造業”，奧巴馬政府逐步開啟了制造業創新網絡計劃。這個創新計劃，旨在推動高校、企業、政府三者通力合作，縮小科研與商業之間的差距，促進新技術、生產工藝、產品和教育項目的開發，振興美國制造業（有木有覺得跟我國所提的產、學、研三者結合思想很相像？）。為此，美國計劃興建15家制造業創新研究所，目前已完成5家。其中，涉及到材料的有哪些？他們都是專注于哪些材料？一起來關注一下！

       3D打印機技術

       美國設立的第一個制造業創新中心是2012年8月組建的國家3D打印機制造創新研究所。該創新中心由國防部、能源部、商務部、國家科技基金會、國家航空航天局等政府部門，以及俄亥俄州、賓夕法尼亞州等地企業、學校共同出資8500萬美元組建。

       3D打印技術，又稱增材制造技術，運用粉末狀金屬或塑料( 包括熱塑性塑料及光敏樹脂) 等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體。3D打印在工業上應用已有幾十年之久，并不是一項最新發現的技術，但的確是在這幾年開始火起來的。在前些年，3D打印甚至被熱炒成“第三次工業革命”，引起了不少的爭議。不可否認的是，3D打印成果也層出不窮

       不管是質疑也好，力捧也好，3D打印必然會在將來的制造業擔當一個重要而特殊的角色。

       輕量及現代金屬制造

       2014年2月，美國國防部牽頭底特律組建輕量及現代金屬制造創新研究所。該研究所共計由包括全球著名的鋁合金、鈦合金、高強鋼制造商、材料提供商在內的36家公司，12家高校及實驗室，18家組織機構參與建設，資金投入7000萬美元。輕量及現代金屬制造創新研究所將注重于促進在風力渦輪機、飛機框架、醫藥設備、武裝車輛等等領域上使用的輕量化合金制造。

       經過材料人網行業探討欄目多篇文章的探討，想必大家對輕量化或者輕合金并不陌生。對于交通工具和機械制備來說，輕量金屬可以提高性能，增強安全性，提高燃油效益等等。例如大范圍使用鋁合金，福特2015款F-150皮卡，比2014款足足輕了700磅。

       當然，現在輕質合金還存在一些技術壁壘，例如價格仍然較高，能耗較大，應用還比較局限。而該研究所的中心目的就是通過解決制造的技術障礙來使新一代的輕質金屬及合金獲得市場。

       下一代電力電子制造

       2014年1月，美國政府宣布由北卡羅來納州立大學領銜，共計5所大學、2家美國國家實驗室，以及18家企業組建“下一代電力電子制造創新研究所。該研究所獲得了美國能源部以及工業方面的7000萬美元的資金支持。該研究所的使命是促進新一代半導體芯片及設備的開發、設計、制造。具體而言，在未來五年內，該研究所將致力于推進以氮化鎵和碳化硅為基礎的寬帶隙半導體電力電子器件化，降低其成本，以取代目前廣泛使用的硅基半導體。

       一般而言，室溫下帶隙大約2.0ev的半導體材料被稱之為寬帶隙半導體，例如氮化鎵、碳化硅、氧化鋅。寬帶隙半導體有很多優點，能夠在更高的溫度（例如碳化硅的工作溫度可達600度）、更高電壓以及更極端的環境下運行，具有極大提升電力電子產品能源使用效率和可靠性的潛力。目前寬帶隙半導體比較成熟的應用是在LED照明上。

       但是，寬帶隙半導體難以長成塊體材料，需要其他材料作為襯底。例如LED半導體芯片，基本上采用藍寶石或者碳化硅襯底外延生長氮化鎵。不過這種制備工藝也存在很多問題，例如襯底材料與半導體熱膨脹系數不匹配、外延生產造成缺陷、加工及刻蝕困難等等。

       先進復合材料制造

       2014年2月，奧巴馬政府宣布在南卡羅來納州組建先進復合材料制造研究所，將由美國能源局等機構在五年期間向該研究所投資7000萬美元。該研究所將首要關注于較低成本以及使制造過程更加節能地制造碳纖維和玻璃纖維復合材料，以便滿足純動力車及混動車、風力渦輪、天然氣儲存罐等能源方面的需求。

       先進復合材料有很多種，其中應用最廣、最成熟的屬以碳纖維、玻璃纖維為代表的纖維增強復合材料。纖維增強塑料是以碳纖維或者玻璃纖維為增強材料，聚合物為基體的復合材料，其最大的特點恐怕是高強質輕。運用纖維增強塑料，可以制備出燃效更佳的輕質汽車，更輕更強的風力渦輪葉片以及其他更輕、更節能的工業裝備。

       例如，先進復合材料可以降低乘用車約50%的重量，從而提高約35%的燃效，而并不損害汽車的性能和安全性。如果按照當前的油價計算，經過整個使用期的汽車可節省大約5000美元的燃料。在風能業中，使用先進復合材料，其渦輪葉片可以做得更長、更輕、更強，也就可以捕捉到更多的風能。

       但是，纖維增強塑料目前存在著成本高昂，制造過程需要大量的能量，難以回收等問題，制約其廣泛應用。按照能源局既定的計劃，先進復合材料制造研究所將在10年內將纖維增強塑料生產成本下降50%，生產過程能耗下降75%，回收利用率達到95%。

       此外，剩下的一家創新中心是數字制造與設計創新中心，總部位于芝加哥,由UI實驗室主導,73個企業、大學、非盈利組織和試驗室組成。

       從上面的介紹，我們可以看到，目前已經宣布成立的5家制造創新研究所，4所與材料密切相關（除了3D打印還涉及其他外，另外3所可以說是新材料創新研究所），材料創新被擺在了一個極為重要的地位。

       另外，創新中心所專注的材料也是相當務實的。輕質合金、復合材料及半導體材料已經在工業生產中有了較為成熟的應用，只是仍然存在著技術上的難題，阻礙了它們的更大范圍的應用。在這些領域發力，比之在一些前沿新材料上，可能更有成效。