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盘点新材料美国实验室

发布时间:2020-01-14 19:22:55 阅读: 来源:氧化铁红厂家

美国在新材料研究领域科研机构一共有200所科研机构,包括17个科研实力全球名列前茅的国家实验室,13个顶尖科技研发公司实验室,而高校实验室则高达180所

理财周报材料科学实验室 研究员 谢达斐、魏湘婷/撰述

美国这个200多年历史的国家,962.9万平方公里的土地上滋养着朝气蓬勃的万物。本期理财周报的新材料“藏宝图”再次在这片土地上打开,寻觅着引人向往的实验室。

据理财周报记者统计,美国在新材料研究领域科研机构一共有210所科研机构,主要有橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、埃姆斯实验室等17个科研实力全球名列前茅的国家实验室,以及杜邦、波音、IBM等13个顶尖科技研发公司实验室,而涉足新材料研究的主力——高校实验室如麻省理工大学、哈佛大学等则高达180所。

高校实验室:东西部强,中部南部弱

根据理财周报前五期的调查统计,在高分子材料研究领域实力相对雄厚的高校有50家,进行高端金属材料研究的大学主要有21家,从事纳米材料研究比较知名的学院有10家,生物材料研究方面知名的高校有13家,无机非金属方面主要的研究大学有15家,而在复合材料领域研究起步较早、较为系统的高等院校则有71家。

从区域上来看,美国的新英格兰地区和大西洋(600558,股吧)沿岸地区是大学材料科学研究所最大的盘龙虎踞之地。十九世纪,这两个地方分别是全国的文化经济中心和生产铁、玻璃、钢材的重工业中心,强大的经济积淀,为日后的科教发展打下了坚实的基础。中西部地区靠近美国五大湖也孕育了很多科研实力比较强大的高校,而西部地区则依靠“加州系”等名校以及硅谷这个卧虎藏龙之地与东部的研究院校分庭抗礼。

总体上看,美国高校材料研究形成了东西部强,中部弱的特点。

俗话说“一山不容二虎”,而在美国马萨诸塞州的剑桥镇却雄踞着两所世界闻名的顶级大学——哈佛大学和麻省理工大学。在材料研究方面,两间大学各有千秋,从专业重视程度来看麻省理工似乎更胜一筹。

哈佛大学拥有多个材料研究中心,其中包括量子科学及工程学会、纳米系统中心、侧重不同层次生物学功能的认识、解决医疗问题的仪器和设备的生物材料研究室等。在哈佛的工程与应用科学学院,研究材料科学的教授是最多的,共有24位。

而麻省理工学院则拥有科技与聚合物物理研究小组、44个生物工程方面的研究所及研究室、纳米技术实验室、先进材料实验室、专门进行金属材料等快速成型技术研究的快速成型实验室、高级材料和结构技术实验室以及正在研究4D打印的自组装实验室等材料研究部门。其中生物学与生物工程系里面的Whitehead研究所代表了全美国生物学研究的最高水平,其下设15个研究室,在生物材料研究方面主攻人类遗传学、基因、免疫系统、RNA等领域。

从马萨诸塞州剑桥镇沿着海岸线向下,我们可以领略到大西洋沿岸的高校各具风采的材料研究所。其中普林斯顿大学的化学工程部是高分子材料研究和生物材料研究的主要据点,其材料科学与技术研究所下面有专门的复合材料研究组;接着是面积达80000平方英尺的康涅狄格大学材料科学研究所,该研究所材料科学方面的研究横跨金属聚合物、金属纳米材料、生物医学金属材料等领域;宾夕法尼亚大学的金属研究方向主要包括如何研发新型高强度、高韧性合金材料,致力于金属间化合物的基础系统研究,比如钛铝合金和银钼合金等。

与大西洋沿岸遥相对望的斯坦福大学、加州大学10个分校、南加州大学、加州理工大学等,同样是材料科学研究领域的圣殿。

斯坦福大学生物工程系以及纳米材料与技术系都隶属于该校的工程学院。其中,生物工程系主要有Biomotion实验室、Simbios研究中心和神经肌肉力学生物实验室等。位于洛米塔路496号两幢黄白相间,外形看起来像两间大厂房的建筑则是该校结构和复合材料实验室,主要为交通运输工具设计更轻质、性能更良好、结构更新颖的材料。

加州大学圣芭芭拉分校材料科学方面的研究位列美国前茅。该学校除了拥有数个全球顶尖的纳米材料实验室,还拥有众多其它与材料研究相关的实验室,包括材料研究实验室、多功能材料和结构中心、节能材料中心、复合材料研究所、先进材料中心、国际材料研究中心等。其中,材料研究实验室是世界公认的五大材料研究中心之一,研究范围宽广,在全球范围内影响力巨大。复合材料研究所则是加州大学圣芭芭拉分校与洛斯阿拉莫斯国家实验室合作成立研究项目,主要从事金属复合材料和工程材料方面的研究。此外,先进材料中心则是与日本三菱化学公司合作成立的研究机构。

据加州大学洛杉矶分校的一位专门研究材料的人士透露,该校是分子工程能源材料能源前沿研究中心的总部,目前还正在和加州大学伯克利分校、堪萨斯大学、华盛顿大学以及国家可再生能源实验室进行项目合作。该校另外一位研究金属材料的人士告诉记者,目前金属材料研究的方向之一是金属基纳米复合材料,主要运用在太空,国防以及汽车产业,与同样在这方面研究的阿拉巴马大学相比,该校的优势是在可伸缩纳米级制造方面,近期也在高强度的镁合金领域取得突破性的进展,为提高能源的利用率,减少汽油消耗以及二氧化碳气体的排放方面做出贡献,而合作的公司则主要有Eck industry以及Powdermet。

中西部地区也不乏一些材料研究的佼佼者,其中凯斯西储大学、密歇根大学堪萨斯大学、俄亥俄州立大学、印第安纳大学、威斯康辛大学麦迪逊分校、伊利诺里大学香槟分校等都设有专门的材料研究实验室,而广袤的南部地区则逊色了许多了。

国家、公司实验室:

东、北部科研实力集中

打开美国新材料国家实验室和公司实验室的“藏宝图”,映入眼帘的是格局分明的地理布局。这些实验室的“据点”东西部地区分布均匀、南北部地区各有散落,其中东北部是科研机构最为密集的区域。

美国东北部受到亚热带湿润气候和温带大陆性气候的影响,常年湿润温和,其东部和北部的主要国家实验室和公司实验室一共有15所,占据全美所有主要国家实验室和公司实验室数量的75%,科研实力非常集中。

在东部地区,密集散落着新罕布什尔州、马萨诸塞州、新泽西州、马里兰州等“麻雀虽小、五脏俱全”的这样的州。其中,全球著名的材料研究顶尖高校如综合排名第一的哈佛大学和排名第四的麻省理工大学都在马萨诸塞州,一个仅有面积7838平方英里,人口640万的州。

除了顶尖高校,东部地区也分布着知名的国家实验室如具备权威性的高分子研究国家实验室——位于马里兰州的美国国家标准与技术研究院。

美国标准与技术研究院(NIST),前身为国家标准局,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。

由东南方向向着东北方向移动,在地图上我们可以看到的国家实验室除了NIET,在特拉华州还有非常强势的美国航空航天局(NASA),而NASA主要涉足新型金属材料以及高性能复合材料。

而到了北部地区,在俄亥俄州,我们找到了研究新型金属材料的美国国家增材制造创新研究所以及研究高性能复合材料的先进聚合物和复合工程中心。

再往西边,就是伊利诺州,这里坐拥这著名的阿贡国家实验室,阿贡国家实验室周围绿荫环绕,环境优美。

阿贡是美国政府最老和最大的科学与工程研究实验室之一。它有两个场所,伊利诺州-东场所被芝加哥环路西南约25英里的森林保护区所环绕。阿贡的4000名雇员中约有3200名在该1500英亩树木繁茂的场所工作,美国能源部芝加哥工作办公室也设在这里。而爱达荷州(位于美国西北部)-西场所占地约900英亩,位于蛇河谷爱达荷瀑布西约50英里处,它是阿贡多数主要核反应堆研究设施的所在地,约有800名阿贡的雇员在此工作。

接下来的是爱荷华州的埃姆斯国家实验室,也是主要研究新型金属材料。

除了国家实验室,美国东部和北部的全球知名科技企业也是值得沿途关注的。

如东部沿岸地区特拉华州的英斯特朗公司、宾夕法尼亚州的康宁、马萨诸塞州的Nantero、新泽西州的安捷伦和新罕布什尔州的美敦力,这些都是纳米与生物材料领域科研实力强的顶尖企业。

著名的跨国500强公司IBM坐落于繁华的纽约市,其也是涉足纳米与生物材料的研究,而在它西边的密歇根州,则坐落着另外一个历史悠久的跨国公司——通用电气,它主要涉足新型金属材料研究。

走到美国最西北部地区的华盛顿州,则是波音公司、杜邦公司和兰博基尼汽车公司和华盛顿大学合办的“兰博基尼先进复合材料实验室”平分新材料研究领域的天下。其中,波音公司和兰博基尼先进复合材料实验室涉足高性能复合材料,而杜邦公司则专注于高分子材料研究。

国家、公司实验室:南、西部实力较弱

沿着新材料“藏宝图”走完了东部和北部,接下来进入的是科研实力相对薄弱的南部和西部地区。

美国西部沿岸常年受到让人向往的温带海洋性气候的滋养,而南部地区多为亚热带湿润性气候。

著名的全球顶尖实验室——橡树岭国家实验室坐落在南部的田纳西州,其在新材料研究领域各方面均有建树,如纳米与生物材料、无机非金属材料和新型金属材料。

而在田纳西州下面的阿拉巴马州则有国家复合中心,主要涉足高性能复合材料研究。

往西部沿海地区移动,就是西部最值得关注的加州。这里坐落着斯坦福大学、加州大学等全球学子梦寐以求的学府天堂,同时,这里也是无数科技“圣徒”的圣殿,而地处加州北部旧金山湾以南的硅谷一直都是科技传奇的始发地。

劳伦斯伯克力国家实验室和美国加州纳米技术研究院也在这里。这两个国家实验室都涉足纳米与生物材料研究。科罗拉多州的美国国家可再生能源实验室在中部,涉足无机非金属材料研究。

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