中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

一、中国高铁,中国速度在应用技术领域,高铁飞机等大型项目一直以来都是彰显一个国家的科技技术实力的体现,因为复杂而且庞大的结构会带来很多技术阻碍,也难以被复制或短时间突破,随着我国铁路持续加大科技创新投


一、中国高铁,中国速度

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

在应用技术领域,高铁飞机等大型项目一直以来都是彰显一个国家的科技技术实力的体现,因为复杂而且庞大的结构会带来很多技术阻碍,也难以被复制或短时间突破,随着我国铁路持续加大科技创新投入、创新人才培养力度,加快关键技术产品研发和创新成果推广应用,科技创新引领作用日益凸显。

依托复兴号动车组的成功研制,自主创新能力实现新的跃升,迈出从追赶到领跑的关键一步,目前我国高铁的自产率达到90%,而世界比较出名的德国和日本则分别为60%和40%。

中国高铁的最高运营速度达到350km每小时,是迄今为止世界最快的,法国和日本均为320公里/小时,德国为300公里/小时,俄罗斯与美国分别为250公里/小时和241公里/小时。

中国高铁的运营里程也是世界最长的,国家统计局发布报告显示,截至2020年7月,我国铁路营业里程达14.14万公里,其中高铁里程3.6万公里,经过十多年的科研建设,我国“四纵四横”高铁网建成运营,中国成为世界上唯一一个高铁成网运行的国家。

目前我国已成功研制具备工作状态自感知、运行故障自诊断、导向安全自决策功能的智能型复兴号动车组,并成功应用于京张高铁,实现了时速350公里自动驾驶功能,而其他国家在智能客车方面仍处在试验阶段。


二、超级钢技术,世界领先

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

超级钢是什么呢?它是使用五倍以上的压力进行压轧,然后迅速冷却、控制温度才能制成。这种钢的结构组织非常细腻,仅有1微米,是一般钢铁的1/10到1/20,但是强度超高,韧性十足。

说起来简单,做起来难,其中的辛苦绝不是几句话能说出来的。中国现在生产的超级钢,强度高达2200兆帕,超越美德日等国的1100兆帕,性能直接提升了200%。

2200兆帕是什么概念呢?1兆帕相当于你的大拇指指甲盖上顶了10公斤的重物,所以2200兆帕就相当于是22吨的重物。如果按照一头8吨重的大象来计算,也就是可以放上将近三头大象。并且它的性能超过钛合金,应用领域也比钛合金广泛得多,同时成本也要低得多。就比如说航母建造所使用的特种钢,它所要求的强度要远远高于普通军用船舶的钢强度要求。

2012年央视《创新中国》栏目报道,我国的微晶钢(超级钢)居于世界领先地位。超级钢的特点是:低成本、高强韧性、环境友好、节省合金元素和有利于可持续发展,被视为钢铁领域的一次重大革命;我国是目前世界上唯一实现超级钢的工业化生产的国家,其他国家的超级钢尚未走出实验室。


三、激光制造技术,领先美国5年

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

激光直接制造技术是20世纪90年代在快速成形技术的基础上,通过激光熔覆技术发展起来的一种无模型快速制造技术。这一技术早在2000年前后就有中航的技术团队开始进行研发。目前中国已具备使用激光成型制造超过12平方米的复合钛构件的技术和能力。

与立体光刻成形(SL)等只能进行有机材料成形的传统工艺不同,激光直接制造技术在对3D-CAD模型切片分层和截面填充以后,能够借助激光熔覆方法快速制造出十分致密的金属零件。

正是这种无可比拟的优势,使得激光直接技术在航空、航天、造船、模具等关乎国家竞争力的重要工业领域内具有极大的应用价值。中国科学院上海光学精密机械研究所是中国建立最早、规模最大的激光专业研究所,成立于1964年,已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。

许多人可能不知道,中国在激光成形技术方面,至少领先美国5年,某20钛合金主体结构的制造也用到了这项技术,大大降低了某20的结构重量,提高了某20的推重比,还有某轰炸机上钛合金构件的制造,也用到了这项技术,有了这项技术,我们可以逐渐摆脱国外对我们大吨位、高自由度机加工设备的技术封锁。


四、纯镁体内植入物,世界第一

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

近年来,可降解金属材料因其可降解性与力学性能的良好结合而受到广泛关注,尤其是在骨科领域。其中,镁及其合金被誉为革命性的金属生物材料,受到了广泛研究和临床探索。

镁合金具有如下的优势:首先其力学性能与天然骨相似,因此可以避免弹性模量不匹配造成的应力遮挡效应;其次镁是人体中第四多的金属元素,对新陈代谢至关重要;此外,研究表明镁离子还能促进骨愈合和新骨形成,然而纯镁及某些镁合金在生理环境中过快地降解速率阻碍了其进一步的临床应用。

金属镁及其合金被誉为“革命性的医用金属材料”,在人体环境中可发生腐蚀降解,并被人体吸收,因而可以避免像钛合金、不锈钢等植入器件的二次手术取出的问题。不仅如此,镁降解产生的镁离子和微碱性环境还可以促进新生骨形成,促进骨组织愈合。

目前全球仅有德国Syntellix AG公司和韩国U&I公司在他们本国注册了医用二元以上的镁基合金相关产品,而我国东莞宜安科技股份有限公司与中国大连中山医院以及中国科学院金属研究所等合作开发的可降解纯镁骨钉获得国家药品监督管理局的临床批件,成为我国第一个获得临床批件的可降解镁基金属医疗器械产品,也是全球第一例纯镁III类植入物。这意味着我国在该领域中的产品临床转化获得突破性进展。

2020年,我国骨科植入医疗器械市场规模达到353亿,2021年骨科植入医疗器械市场规模达404亿元,预计2022年将进一步达至463亿元。可降解镁合金拥有巨大的市场空间。


五、人造太阳,世界之最

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“人造太阳”一般是指“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”。ITER装置是能够产生大规模核聚变反应的“超导托卡马克”,也就是人们经常说的“人造太阳”,是由美国、欧盟、俄罗斯、中国、韩国、日本、印度所共同合作的项目,中国负责国际热核聚变实验堆中一些项目。

除了与美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本、印度等国家共同参与“人造卫星”的工程之外,我国国内也有相关的“人造太阳”项目在进行着,中国早在2013年1月份的时候,中科院合肥物质研究院宣布,我国“人造太阳”实验装置辅助加热工程中的“中性束注入体系”在综合测试平台上,首次成功突破100秒长脉冲氢中性束引出。

2017年中国科学院等离子体物理研究所宣布,被称为人造太阳的、我国超导托卡马克实验装置EAST,在全球首次实现了5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行,创造了世界之最。

2020年12月4日,中国新一代“人造太阳”装置(中国环流器二号M装置)不仅在成都落成,并且还实在了首次放电。

值得一提的是,我国“人造太阳”在2021年成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,而这样的成绩,无疑是创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录,直接打破了法国在2003年所创下的世界纪录。简单来说,我国的“人造太阳”当前的技术在全世界排名第一位。


六、量子通信,全球至上

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量子通信,是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。与传统的通信方式相比,量子通信具有容量大、速度快和保密性好的特点。量子通信具有高效率和绝对安全等特点,是此刻国际量子物理和信息科学的研究热点。

我国量子通信技术目前已处在世界领先的水平上,随着我国“墨子号”的升空,我国向世界宣布了我国在量子通信技术领域所取的的辉煌成就,2017年8月中国凭借在《自然》周刊上发表的两项成果确保了在量子通信这一未来通信技术领域的至上地位。

作为国际上量子信息实验研究领域的开拓者之一,潘建伟的系统性创新工作赢得国际学术界高度评价。牵头研制成功国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,建成国际上首条量子保密通信骨干网“京沪干线”,构建了首个空地一体的广域量子保密通信网络雏形,使我国量子保密通信的实验研究和应用研究处于国际领先水平。


七 、3D打印技术,后来居上

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3D打印颠覆了传统生产加工模式,是当下十分热门的新兴技术,3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

在全球3D打印技术发展过程中,虽然中国起步较晚,但却后来者居上。

2015年中船重工第705研究所在3D打印机技术领域取得重大突破,借助直接金属激光烧结快速成型技术实现了3D打印,成为继美国、德国的3D打印巨头之后,世界上第四家掌握该技术的企业。近年来中国军事科技之所以突飞猛进,以先进战机为代表的各种尖端武器密集亮相,与中国掌握了领先世界的3D打印技术有绝大关系。清华大学教授颜永年是中国快速成形技术的先驱人物之一。

2020年,一台由中国自主研制的“复合材料空间3D打印机”及其在轨打印的两个样件8日随中国新一代载人飞船试验船返回舱成功返回东风着陆场。这是中国首次开展轨道3D打印试验,也是全球首次实现连续碳纤维增强复合材料的太空3D打印。

中国专利保护协会发布的数据显示,截止到2018年12月20日,全球已公开的与3D打印相关的专利总量达8万件左右,主要集中在中国(3.9万余件)、美国(2.1万余件)、韩国(0.5万余件)、德国(0.2万余件)……仅从专利数量上,中国处于领先地位。


八、液态金属技术,全球领跑

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

液态金属,顾名思义,就是一种不定型、可流动液体的金属,又称为非晶合金,主要就是以镓、铟作为基础材料,然后再配以其它的功能材料制成的金属合金。它的出现,被视为人类利用金属的第二次革命,在航空航天、精密机械、消费电子、医疗、3D打印等众多领域有着广泛的应用前景。

看过科幻电影《终结者2》的人可能并不陌生,里面的大反派——T1000机器人,它就是由液态金属制成,中弹后能够自动闭合伤口,被破坏后可以自我复原,还能够根据环境状况自动变形……

虽然当前的液态金属离成为真正的“终结者”还很遥远,但随着液态金属技术的快速发展,由此制成的一些先进装置已经得到实践应用,未来甚至会催生一系列战略性新兴产业。而在液态金属的研究上,目前,中国已经领跑全球,美国拍马也追不上了。

而在芯片领域,液态金属也有着重大的应用价值。早在2000年至2002年期间,中国科学院理化技术研究所研究员刘静就提出了液态金属芯片冷却技术,随后刘静团队经过努力攻关,构建了一系列新的理论与技术体系,掌握了上百项核心专利。

正因为意识到它的重要性,2014年,美国国家航空航天局(NASA)就将“液态金属冷却技术”列为未来前沿技术。不过,此时距刘静团队提出该技术已经有10余年。

2015年,刘静团队又研发出世界首台液态金属机器人,虽然它的功能与电影中的液态金属机器人不能相提并论,但也被外媒形容为制造出“终结者”。当然,刘静团队的原创科研成果还多着呢,比如研发出一种可变形“车轮”的微型车辆、液态金属电子纹身、3D打印液态金属打印机、液态金属骨科外固定支具等等。

经过近20年持续不断的努力,刘静团队已经申请了200多项专利技术,这些技术的“含金量”非常高,其原创性和先进性位居世界前列,并入选国际知名奖项,助推中国领跑全球液态金属研究。

液态金属除了应用在消费电子结构件之外,在汽车工业,运动器材,机器人,航空航天,军工领域的应用也具备非常大的潜力。


九、特高压输电技术,走向世界

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

输电电压一般分为高压、超高压和特高压。国际上,高压通常指35—220千伏的电压,超高压则指330千伏及以上、1000千伏以下的电压,而特高压则是1000千伏及以上的电压。在利用特高压输电技术输送电力时,发电厂发出的电线要通过升压变压器将电压升高至1000(±800)千伏以上,然后到用电地区再通过降压变压器将电压降至220/380伏供用户使用。

我国幅员辽阔、人口众多,社会经济正处于快速发展阶段,对电能的需求也持续大幅增长。发展特高压输电技术,不仅可以解决我国能源资源与能源需求逆向分布、区域电网互联等问题,为我国经济社会可持续发展提供稳定可靠电力供应,还将为大规模开发利用清洁能源提供重要技术保障,具有显着的规模经济效益。

2011年3月,中国将特高压工程列入国家”十二五”规划,计划建设“三横三纵一环网“特高压骨干网架和13项直流输电工程(其中特高压直流10项),这一过程中,中国的特高压输电在电压等级、输送电量、距离等方面不断刷新世界纪录。

2016年1月11日,全长3324公里的准东-皖南±1100千伏特高压直流输电工程开工, 工程建成后将是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。

过去,美国、意大利等国家做过这方面的研究,俄罗斯、前苏联和日本做过这样的工程实践。但是由于技术等方面的原因,没有成功,也没有实现商业化运营。我国不仅拥有完全的自主知识产权,而且这项技术在世界上是唯一的。

中国跨越3000多公里送电的特高压技术的成熟,让跨国跨州电力联网成为可能,目前,中国正在加速推进全球能源互联互通,特高压项目在国外不断落地。

2009年1月,中国获得菲律宾国家输电网特许经营权40%股权,此后,中国特高压输电的触角先后伸向葡萄牙、澳大利亚、意大利、希腊及香港等7个国家和地区骨干能源网,基本实现了全球布局。目前,境外投资项目做一个成一个,境外资产规模逐年上升,总额达568亿美元,且无一亏损,全部盈利。

目前,中国共制定特高压输电国际标准14项、国家标准50项、行业标准73项、企业标准189项,全世界都在使用中国的这一套标准。


十、杂交水稻技术,天下粮仓

中国创新的例子和人物(十大领先全球的自主创新科技技术)

所谓“春种一粒粟,秋收万颗子。”提起杂交水稻,大家就一定知道袁隆平院士,他的超级杂交水稻,一度被西方媒体称为“东方魔稻”。获得了国家最高科学技术奖,杂交水稻是现代农业科技的重大成就之一。杂交水稻的成功推广应用是世界作物科学与技术的重大突破,丰富了作物杂种优势理论和种子繁育学内容,促进了作物遗传育种学科的发展,不仅为其他作物杂种优势的利用提供了新方法,而且为中国乃至世界粮食安全提供了重要技术保障。

1964年,袁隆平首先在我国进行杂交水稻的研究,1971年2月被调到湖南省农业科学院从事杂交水稻的研究工作。在1973年时,以他为首的科技攻关组完成了三系配套并成功培育杂交水稻,实现了杂交水稻的历史性突破。

1975年,国务院提出了迅速扩大试种杂交稻的决议,并在人力、物力、财力等方面加大投入。当年在全国多点示范的面积达5600多亩(1亩=1/15公顷),1976年示范推广的面积高达208万亩。

1976-1988年间,全国累计种植杂交水稻12.56亿亩,增产水稻达到1000亿千克以上。1987年,杂交水稻增收粮食达到150亿千克,当时辽宁省一年的粮食产量只有127亿千克。

2019年10月21日至22日,第三代杂交水稻在湖南省衡阳市衡南县清竹村进行首次公开测试,亩产1046.3公斤。第三代杂交水稻技术是以遗传工程雄性不育系为遗传工具,它让所有的水稻,在理论上都能找到适合自己的“另一半”,并产生优良后代。

2020年11月2日,在湖南省衡阳市衡南县清竹村进行的袁隆平领衔的杂交水稻双季测产达到了亩产1530.76公斤。

别国粮食需要至少120天的生长期,而我们现在仅仅60天就可以做到,若真的碰到了世界级的粮食大灾难,这救国救民的杂交水稻技术绝对堪比上古神器:神农鼎!

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