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前沿 | 美國新材料深度分析報告

2018-05-09 12:07:11 作者：本網整理來源：新材料在線分享至：

引言：

新材料是人類賴以生存的物質基礎，每種新材料的出現及應用都將伴隨現代科學技術的巨大飛躍。從現代科學技術史中不難看出，每一項重大科技的突破在很大程度上都依賴于相應的新材料的發展。所以新材料是現代科技發展之本，美國將新材料稱之為“科技發展的骨肉”。

新材料技術被稱為“發明之母”和“產業糧食”。新材料產業是當今世界各國重點發展的高新技術產業之一。新材料技術對其他領域的發展起著引導、支撐和相互依存的關鍵性作用，是最具推動力的共性基礎技術。具有優異性能或特定功能、應用前景廣闊的新材料已成為發展信息、航天、能源、生物等高技術的重要基礎材料。

當前，美國、歐洲、日本等發達國家和地區十分重視新材料技術的發展，且都把發展新材料作為科技發展戰略的重要組成部分，在制定國家科技與產業發展計劃時，將新材料技術列為21世界優先發展的關鍵技術之一，予以重點發展，以保持其經濟和科技的領先地位。

以下就一起來盤點美國新材料產學研政各界現狀。

美國新材料政策

美國把新材料列為影響經濟繁榮和國家安全的六大類關鍵技術之首。在確定的22項關鍵技術中材料占了5項（材料的合成和加工、電子和光電子材料、陶瓷、復合材料、高性能金屬和合金）。美國的新材料發展特色是以國防部和航空航天局的大型研究與發展計劃為龍頭，主要以國防采購合同形式來推動和確保大學、科研機構和企業的新材料研究與發展工作。

美國材料基因組計劃

2011年6月24日，美國總統奧巴馬宣布了一項超過5億美元的“推進制造業伙伴關系”計劃，通過政府、高校及企業的合作來強化美國制造業，投資逾1億美元的“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative）是其組成部分之一。

《材料基因組計劃》擬通過新材料研制周期內各個階段的團隊相互協作，加強“官產學研用”相結合，注重實驗技術、計算技術和數據庫之間的協作和共享，目標是把新材料研發周期減半，成本降低到現有的幾分之一，以期加速美國在清潔能源、國家安全、人類健康與福祉以及下一代勞動力培養等方面的進步，加強美國的國際競爭力。

美國材料企業TOP10（按2013年營業收入排名）

1、埃克森美孚（ExxonMobil）

2014美國500強排名：第2名

2013年營業收入（百萬美元）：407666

2013年利潤（百萬美元）：32580

公司簡介：埃克森美孚通過其關聯公司在全球大約200個國家和地區開展業務，其產品應用于粘合劑、農業、汽車、建筑和構造、消費品、衛生保健和醫療用品、工業應用、標簽、潤滑劑、非織造布和包裝等領域。

2、陶氏化學（DowChemical）

2014美國500強排名：第48名

2013年營業收入（百萬美元）：57080

2013年利潤（百萬美元）：4787

公司簡介：陶氏在世界50多個國家和地區建有工廠。主要研制及生產系列化工產品、塑料及農化產品，其產品廣泛應用于建筑、水凈化、造紙、藥品、交通、食品及食品包裝、家居用品和個人護理等領域。產品類型多達3,500余種。

3、杜邦公司（DuPont）

2014美國500強排名：第86名

2013年營業收入（百萬美元）：36475

2013年利潤（百萬美元）：4848

公司簡介：杜邦公司目前在90多個國家和地區開展業務，產品及服務覆蓋了添加劑與改性劑、服裝與面料、復合材料與中間層、顯示與照明材料、膜與薄膜、包裝材料、醫藥產品、塑料、高分子材料和樹脂等諸多行業。借此，杜邦滲透的市場已經包括農業、電子材料、海運、鐵路、汽車、能源與公用設施、采礦、安全與防護、建筑、食品飲料、包裝與印刷、化學品、醫療保健、工程塑料等。

4、3M公司（3M）

2014美國500強排名：第101名

2013年營業收入（百萬美元）：30871

2013年利潤（百萬美元）：4659

公司簡介：3M公司是世界著名的產品多元化跨國企業，涉及領域包括：工業、化工、電子、電氣、通信、交通、汽車、航空、醫療、安全、建筑、文教辦公、商業及家庭消費品等各個領域。

5、美鋁公司（Alcoa）

2014美國500強排名：第130名

2013年營業收入（百萬美元）：23032

2013年利潤（百萬美元）：-2285

公司簡介：美鋁公司是世界鋁生產制造業的領導者，致力于生產鋁這種具有可持續性的產品，主要產品包括壓延產品、輪轂、鍛件、緊固件系統、精密鑄件以及建筑系統領域的解決方案等，其技術還涉及包括鈦鎳超級合金在內的其他輕金屬。

6、美國鋼鐵公司（UnitedStates Steel）

2014美國500強排名：第166名

2013年營業收入（百萬美元）：17424

2013年利潤（百萬美元）：-1672

公司簡介：美國最大的鋼鐵壟斷跨國公司。該公司生產的范圍很廣，包括鐵礦砂、煤、白云石和其他有色金屬的開采，各種鋼管、鋼板、鋼軌的制造，化工產品，石油鉆探和采油設備。在坦克車身、重炮等武器制造方面占有重要地位，還參與建筑、造船等業務。

7、PPG 工業公司（PPG Industries）

2014美國500強排名：第190名

2013年營業收入（百萬美元）：15216

2013年利潤（百萬美元）：3231

公司簡介：PPG工業公司始建于1883年，總部設在美國匹茲堡市，是全球性的制造企業，生產及經營涂料、玻璃、玻璃纖維及化學品，在世界上位居行業先導地位。

8、空氣化工產品公司（AirProducts & Chemicals）

2014美國500強排名：第276名

2013年營業收入（百萬美元）：10233

2013年利潤（百萬美元）：994

公司簡介：世界上唯一的同時生產氣體產品和化學品的公司，除了工業氣體產品，工藝和特種氣體產品之外，還提供相關設備，特種化學品和化學中間體產品。

9、伊士曼化學公司（Eastman Chemical）

2014美國500強排名：第297名

2013年營業收入（百萬美元）：9350

2013年利潤（百萬美元）：1165

公司簡介：伊士曼化工公司是國際領先的化學品公司，總部位于美國田納西州的金斯堡，公司生產1200多種化學品、纖維及塑料制品。伊士曼是全球最大的包裝用聚酯塑料供應商，涂料原材料、特種化學品及塑料的領先供應商，醋酸纖維素纖維及基本化學品的主要供應商。

10、康寧公司（Corning）

2014美國500強排名：第343名

2013年營業收入（百萬美元）：7819

2013年利潤（百萬美元）：1961

公司簡介：康寧公司是特殊玻璃和陶瓷材料的全球領導廠商。基于160多年在材料科學和制程工藝領域的知識，康寧創造并生產出了眾多被用于高科技消費電子、移動排放控制、電信和生命科學領域產品的關鍵組成部分。

美國材料工程TOP10名校

1. 西北大學

簡介：美國西北大學（Northwestern University 縮寫NU）1851年創立，是美國著名的高等學府之一，十大聯盟高校。這所私人學府位于伊利諾州的埃文斯頓市，臨近芝加哥。西北大學在2014年美國大學排名上位列第12位，2014泰晤士全球大學排行第22位。該校由John Evans先生創辦于1851年，至今已有一百多年的歷史。

錄取條件：GRE成績，學院平均V560+Q770;托福600/250/100或雅思7.0。

特點：材料專業設置在McCormick工程及應用科學學院內；有碩士及博士課程；學生有機會通過參加各種研究小組、研討會以、發表文章以及作助教來提高自己的表達和寫作能力。

2. 麻省理工大學

簡介：美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，簡稱MIT）是美國一所研究型私立大學，位于馬薩諸塞州（麻省）的劍橋市，查爾斯河（Charles River）將其與波士頓的后灣區（Back Bay）隔開。麻省理工學院無論是在美國還是全世界都有非常重要的影響力，培養了眾多對世界產生影響的人士，是全球高科技和高等研究的先驅領導大學。

錄取條件：GRE成績，工程學院平均分V570+Q780;托福577/233;不具有材料學背景的理科背景學生，需要額外學習一學期材料學課程。

特點：學校的材料科學與工程學院的課程排名第一；學院教師/研究生比例4.47;擁有出色的教師及設備；有碩士和博士課程。

3. 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校

簡介：美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，縮寫為UIUC），建立于1867年，是一所享有世界聲望的一流研究型大學。在2013—2014年TIMES高等教育世界大學排名中位列第29位。學校位于伊利諾伊州幽靜的雙子城：厄巴納—香檳市。UIUC是美國“十大聯盟（Big Ten）”之一，被譽為“公立常春藤”。

錄取條件：GRE成績，學院平均 V540+Q770 ;本科階段為理科或工科；托福 613/257/104 ;GPA3.0。

特點：本科專業可直接申請博士；材料科學與工程系成立于1987年，由最早成立于1867年的陶瓷、冶金、礦業等系合并而來；專業分為生物材料、電子材料等6個方向；全美材料專業排名常年前三。

4. 加利福尼亞大學伯克利分校

簡介：美國加利福尼亞大學伯克利分校（University of California - Berkeley,簡稱UCB）是一所美國公立研究型大學，也是世界上最負盛名且是最頂尖的公立大學。位于舊金山東灣伯克利市的山丘上，1873年遷至圣弗朗西斯科（舊金山）附近的伯克利市，是加利福尼亞大學中最老的一所，它也是美國大學協會（Association of American Universities）創始會員之一。

錄取條件：GRE成績，學院平均V550+Q770;托福570/230/68（寫18+說17+聽16+讀17）；GPA3.0或班級排名5%。

特點：課程圍繞材料的利用，開展材料專業理論與實踐的課程，包括以下幾個方向：生物材料、化學/電氣化學材料、計算化材料、電子/磁性/光學材料、建筑材料。

5. 斯坦福大學

簡介：斯坦福大學（Stanford University），全稱為小利蘭·斯坦福大學（Leland Stanford Junior University），是美國的一所私立大學，其在2014年Usnews最新美國大學綜合排名第5名，2013年QS世界大學排名世界第7名，2013年泰晤士高等教育世界大學排名世界第4名，被認為是世界上最杰出的大學之一。

錄取條件：GRE成績，學院平均V570+Q780;托福600/250/100;3封推薦信。

特點：提供碩士、博士課程，碩士無獎金；材料科學與工程系注重材料的構造性質和材料的生產建造之間的聯系，由于需要了解各種材料，系注重跨學科的學習以及和其他院校、院系的合作研究。

6. 加州大學圣塔芭芭拉分校

簡介：美國加州大學圣塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara簡稱UCSB）屬于加利福尼亞大學系統，是美國頂尖的以研究科學為主，且學術聲望非常高的研究性公立大學。校園兩面環海并擁有緊鄰著太平洋的一片美麗迷人的海灘，作為公立常春藤盟校之一，如今UCSB已經是全美乃至全世界重要的學術發展重地之一。

錄取條件：GRE成績，學院平均V550+Q770;GPA3.2;本科階段為工程、物理或數學專業；托福600/250。

特點：本科可申請碩士/博士；材料系的理念是注重多學科的教學研究；除了良好的研究、教育環境，校區環境優美。

7. 康奈爾大學

簡介：美國康奈爾大學（Cornell University）是一所位于美國紐約州伊薩卡的私立研究型大學，另有兩所分校位于紐約市和卡塔爾教育城，是著名的常春藤盟校成員，在世界范圍內享有極高的學術聲譽。康奈爾大學由埃茲拉·康奈爾和安德魯·迪克森·懷特于1865年所建立，為八個常春藤盟校中唯一一所在美國獨立戰爭后創辦的。

錄取條件：GRE成績，學院平均V570+Q780，通常錄取數學部分730以上，博士課程總分1335+5.0;托福550/213/77（寫20+聽15+讀20+說22）；工程碩士GPA2.7，博士3.3;2-3封推薦信。

特點：研究生課程常期排名前十；課程根據學生自身的興趣與需求靈活安排；開設了一年制的工程碩士專業，注重跨學科的培養與實踐；不接受理學碩士的申請，但博士學生在第二年結束后通過考試可以拿到碩士學位。

8. 賓夕法尼亞州立大學帕克分校

簡介：賓夕法尼亞州立大學帕克分校位于賓夕法尼亞州的斯泰特克里奇，總面積約18370英畝，約有在校生共81664人。該校成立于1855年，賓夕法尼亞州立大學在全國有24個分校，主校區坐落于帕克。現有在校學生八萬多人，共有160多個專業，是全美最大的十所公立大學之一，可以授予學士學位、碩士學位、博士學位。

錄取條件：GRE成績，學院平均V510+Q750;托福550/213/80（口語23），雅思6.5;3封推薦信。

特點：注重培養學生的綜合能力，除了專業技能外，還注重領導能力、團隊合作、溝通能力的培養；開設碩士、博士課程。

9. 美國佐治亞理工學院分校治亞理工學院分校

簡介：美國佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology 簡稱 Georgia Tech），1885 年建校，是美國頂尖的理工學院。學院在校學生共約 20,000 名，教授近千名。校園面積 400 英畝，擁有 143 座建筑物。有設施齊全的現代化教學大樓和專為1996年夏季奧運會修建的體育場館，并有酒店，學生宿舍，學生休閑娛樂中心，停車場以及醫院等。

錄取條件：GRE成績，學院平均V540+Q760;托福620/260/105;國際學生只接受秋季入學申請。申請博士課程如果無碩士學位，需要GPA3.5，本科為冶金、制陶、相關材料專業，或理科其他專業GPA3.7以上；如有碩士學位需要。

特點：碩士、博士課程；重點在研究開發下一代工程應用的材料。

10. 美國密歇根大學

簡介：美國密歇根大學（University of Michigan，簡稱UMich）創建于1817年，位于美國密歇根州，是美國歷史上最悠久的大學之一。密歇根大學（UMich）有三個分校，分別是安娜堡（Ann Arbor）分校、迪爾伯恩（Dearborn）分校和弗林特（Flint）分校。被譽為“公立常春藤”，與加州大學伯克利分校以及威斯康星大學麥迪遜分校素有“公立大學典范”之稱。

錄取條件：GRE成績，學院平均V530+Q770;托福560/220;3封推薦信。

特點：材料專業排名高，所屬的工程學院排名前四；密歇根大學為全美最大的研究型院校，在研究經費上投入較多。

美國材料研究機構（排名不分先后）

美國在新材料研究領域科研機構一共有210所科研機構，主要有橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、埃姆斯實驗室等17個科研實力全球名列前茅的國家實驗室，以及杜邦、波音、IBM等13個頂尖科技研發公司實驗室，而涉足新材料研究的主力—高校實驗室如麻省理工大學、哈佛大學等則高達180所。

1、橡樹嶺國家實驗室

主要材料研究內容：磁性材料、超導、激光脈沖燒蝕、薄膜、鋰電池材料、熱電材料、表面、高分子、結構陶瓷和合金基礎研究。

2、布魯克海文國家實驗室

主要材料研究內容：高溫超導性、磁性、固態結構與相轉變、高分子導體。

3、艾米斯實驗室

主要材料研究內容：新機械、磁性和超導方面稀土元素的實驗和理論研究。

4、阿貢國家實驗室

主要材料研究內容：高溫超導性、高分子超導體、薄膜磁性、表面科學。

5、勞倫斯伯克利國家實驗室

主要材料研究內容：激光光譜、超導、薄膜、飛秒加工、生物高分子、高分子與復合物、表面科學以及理論研究。

6、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室

主要材料研究內容：金屬與合金、陶瓷、激光材料、合金超塑性。

7、西北太平洋國家實驗室

主要材料研究內容：金屬和合金應力腐蝕裂紋、陶瓷材料高溫腐蝕疲勞、陶瓷材料輻射效應。

8、洛斯拉莫斯國家實驗室

主要材料研究內容：電子材料、微結構發展理論、使表面硬度、抗腐蝕性和耐磨性提高的等離子體浸沒離子注入技術。

9、桑迪亞國家實驗室

主要材料研究內容：陶瓷涂料溶膠-凝膠化學、納米晶材料發展以及金屬、玻璃和陶瓷材料表面的膠粘合潤濕。

10、美國標準與技術研究院（NIST）

主要材料研究內容：屬于美國商務部的非監管機構。NIST總部位于馬里蘭州的蓋瑟斯堡，約有350個附屬研究中心。目前，NIST共有6個實驗室，分別為工程實驗室、信息科技實驗室、材料測量實驗室、物理測量實驗室、納米科技中心、NIST中子研究中心。

11、美國航空航天局（NASA）

主要材料研究內容：主要涉足新型金屬材料以及高性能復合材料。

12、美國加州納米研究中心

主要材料研究內容：納米科學和納米技術發現的迅速商業化研究。 CNSI開展的工作代表了納米系統相關的研究四個目標領域包括能源，環境，健康，醫學，信息技術。

13、美國國家增材制造創新研究所

主要材料研究內容：新型金屬材料，增材/3D打印材料、開發梯度及可定制材料。

14、哈佛大學研究中心

主要材料研究內容：哈佛大學擁有多個材料研究中心，其中包括量子科學及工程學會、納米系統中心、側重不同層次生物學功能的認識、解決醫療問題的儀器和設備的生物材料研究室等。在哈佛的工程與應用科學學院，研究材料科學的教授是最多的，共有24位。

15、麻省理工大學研究中心

主要材料研究內容：麻省理工學院則擁有科技與聚合物物理研究小組、44個生物工程方面的研究所及研究室、納米技術實驗室、先進材料實驗室、專門進行金屬材料等快速成型技術研究的快速成型實驗室、高級材料和結構技術實驗室以及正在研究4D打印的自組裝實驗室等材料研究部門。其中生物學與生物工程系里面的Whitehead研究所代表了全美國生物學研究的最高水平，其下設15個研究室，在生物材料研究方面主攻人類遺傳學、基因、免疫系統、RNA等領域。

16、普林斯頓大學的化學工程部

主要材料研究內容：高分子材料研究和生物材料研究的主要據點，其材料科學與技術研究所下面有專門的復合材料研究組；

17、康涅狄格大學材料科學研究所

主要材料研究內容：該研究所材料科學方面的研究橫跨金屬聚合物、金屬納米材料、生物醫學金屬材料等領域。

18、賓夕法尼亞大學

主要材料研究內容：新型高強度、高韌性合金材料，致力于金屬間化物的基礎系統研究，比如鈦鋁合金和銀鉬合金等。

19、斯坦福大學工程學院

主要材料研究內容：主要為交通運輸工具設計更輕質、性能更良好、結構更新穎的材料。

20、加州大學圣芭芭拉分校

主要材料研究內容：該學校除了擁有數個全球頂尖的納米材料實驗室，還擁有眾多其它與材料研究相關的實驗室，包括材料研究實驗室、多功能材料和結構中心、節能材料中心、復合材料研究所、先進材料中心、國際材料研究中心等。

綜上所述，美國的科技為什么這么強，很大程度上得益于美國對于新材料的高度重視，以及美國新材料“產學研政”各界的有效結合。

新材料是科技發展的基礎，只有新材料強大了，一個國家的科技才能真正領先。