“卡脖子”的35項關鍵技術總覽!
科技日報曾推出系列文章報道制約我國工業發展的35項“卡脖子”技術，引起了廣泛關注與討論。
9月16日，中科院院長白春禮在中國科學院“率先行動”計劃第一階段實施進展釋出會上表示：面臨美國對中國高科技產業的打壓，我們希望在這方面能做一些工作。我們把美國“卡脖子”的清單變成我們科研任務清單進行佈局，比如航空輪胎、軸承鋼、光刻機，還有一些關鍵的核心技術、關鍵原材料等。
1
光刻機
《這些“細節”讓中國難望頂級光刻機項背》
製造晶片的光刻機，其精度決定了晶片效能的上限。在“十二五”科技成就展覽上，中國生產的最好的光刻機，加工精度是90奈米。這相當於2004年上市的奔騰四CPU的水準。而國外已經做到了十幾奈米。
光刻機裡有兩個同步運動的工件臺，一個載底片，一個載膠片。兩者需始終同步，誤差在2奈米以下。兩個工作臺由靜到動，加速度跟導彈發射差不多。在工作時，相當於兩架大飛機從起飛到降落，始終齊頭並進一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字，不能刻壞了。
2
晶片
《中興的“芯”病，中國的心病》
低速的光晶片和電晶片已實現國產，但高速的仍全部依賴進口。國外最先進晶片量產精度為10奈米，我國只有28奈米，差距兩代。據報道，在計算機系統、通用電子系統、通訊裝置、記憶體裝置和顯示及視訊系統中的多個領域中，我國國產晶片佔有率為0。
3
作業系統
《喪失先機，沒有自研作業系統的大國之痛》
普通人看到中國IT業繁榮，認為技術差距不大，實則不然。3家美國公司壟斷手機和個人電腦的作業系統。資料顯示，2017年安卓系統市場佔有率達85.9%，蘋果IOS為14%。其他系統僅有0.1%。這0.1%，基本也是美國的微軟的Windows和黑莓。
沒有谷歌鋪路，智慧手機不會如此普及，而中國手機廠商免費利用安卓的代價，就是隨時可能被“斷糧”。
4
航空發動機短艙
《居者無其屋，國產航空發動機的短艙之困》
飛機上安放發動機的艙室，俗稱“房子”，是航空推進系統最重要的核心部件之一，其成本約佔全部發動機的1/4左右。
短艙需要將發動機包覆，減少飛行阻力；其進氣道還要具有防、除冰的能力；飛行中，要保護髮動機不受干擾正常工作；在地面，需要做到方便發動機的維護和維修，一旦短艙有損，飛行中可能會引起發動機嚴重事故。
短艙越大技術難度越高。我國在這一重要領域尚屬空白。查閱所有公開資料，我國尚無自主研製短艙的專門機構，相關院校似乎也沒有設定相關的學科。
5
觸覺感測器
《感測器疏察，被愚鈍的機器人“國產觸覺”》
觸覺感測器是工業機器人核心部件。精確、穩定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業向觸覺感測器邁進的步伐，目前國內感測器企業大多從事氣體、溫度等型別感測器的生產。
在一個有著100多家企業的行業中，幾乎沒有感測器製造商進行觸覺感測器的生產。日本陣列式感測器能在10釐米×10釐米大小的基質中分佈100個敏感元件，售價10萬元，而國內產品多為一點式，一般100元一個。
6
真空蒸鍍機
《真空蒸鍍機匱缺：高階顯示屏上的陰影》
OLED面板製程的“心臟”。日本Canon Tokki獨佔高階市場，掌握著該產業的咽喉。業界對它的年產量預測通常在幾臺到十幾臺之間。有錢也買不到，說的就是它。
Canon Tokki能把有機發光材料蒸鍍到基板上的誤差控制在5微米內（1微米相當於頭髮直徑的1％），沒有其他公司的蒸鍍機能達到這個精準度。目前我國還沒有生產蒸鍍機的企業，在這個領域我們沒什麼發言權。
7
手機射頻器件
《射頻器件：仰給於人的手機尷尬》
一塊手機的主機板上，1/3的空間是射頻電路。手機發展趨勢是更輕薄，功耗更小，頻段更多，頻寬更大，這就向射頻晶片提出了挑戰。
射頻晶片將數字訊號轉化成電磁波，4G手機要支援十幾個頻段，資訊頻寬幾十兆。2018年，射頻晶片市場150億美元；高階市場基本被Skyworks、Qorvo和 博通3家壟斷，高通也佔一席之地。射頻器件的另一個關鍵元件——濾波器，國內外差距更大。
手機使用的高階濾波器，幾十億美元的市場，完全歸屬Qorvo等國外射頻器件巨頭。中國是世界最大的手機生產國，但造不了高階的手機射頻器件。這需要材料、工藝和設計經驗的踏實積累。
8
iCLIP技術
《“靶點”難尋，國產創新藥很迷惘》
iCLIP是一種新興的實驗技術，是研發創新藥的最關鍵的技術之一。它的發明，讓人們拋棄精密的觀測儀器，也能確定RNA（核糖核酸）和蛋白質在哪個位置“交匯”，甚至可以讀出位點“密碼”。
iCLIP技術難，猶如萬千人海中找一個人，要從幾十億個鹼基對找到一個或幾個確定的結合點，精確度可想而知。國外研究團隊已在此領域展開“技術競賽”，研究論文以幾個月為週期輪番上演。國內實驗室卻極少有成熟經驗。
9
重型燃氣輪機
《“命門火衰”，重型燃氣輪機的葉片之殤》
燃氣輪機廣泛應用於艦船、火車和大型電站。我國具備輕型燃機自主化能力；但重燃仍基本依賴引進。國際上大的重燃廠家，主要是美國GE、日本三菱、德國西門子、義大利安薩爾多4家。
與中國合作都附帶苛刻條件：設計技術不轉讓，核心的熱端部件製造技術也不轉讓，僅以許可證方式許可本土製造非核心部件。沒有自主化能力，意味著我國能源安全的重要一環，仍然受制於人，存在被“卡脖子”的風險。
10
鐳射雷達
《鐳射雷達昏聵，讓自動駕駛很糾結》
鐳射雷達是個感測器，自帶光源，主動發出鐳射，感知周圍環境，像蝙蝠通過超聲波定位一樣。它是自動駕駛汽車的必備元件，決定著自動駕駛行業的進化水平。但在該領域，國貨幾乎沒有話語權。
目前能上路的自動駕駛汽車中，凡涉及鐳射雷達者，使用的幾乎都是美國Velodyne的產品，其鐳射雷達產品是行業標配，佔八成以上市場份額。
11
適航標準
《適航標準：國產航發又一道難邁的坎兒》
一款航空發動機要想獲取一張放飛證，必須經過一套非常嚴格的“適航”標準體系驗證，涵蓋設計、製造、驗證和管理。但目前在國際上，以FAA和歐洲航空安全域性（EASA）的適航審定影響力最大，認可度最高。
儘管在規章要求層面，中國與FAA基本一致，但由於國產航空發動機型號匱乏，缺乏實際工程實踐經驗，使我國適航規章缺少相應的技術支撐。實際型號的適航驗證工作，成為被卡在別國空域之外的關隘。
12
高階電容電阻
《沒有這些訣竅，我們夠不著高階電容電阻》
電容和電阻是電子工業的黃金配角。中國是最大的基礎電子元件市場，一年消耗的電阻和電容，數以萬億計。但最好的消費級電容和電阻，來自日本。電容市場一年200多億美元，電阻也有百億美元量級。
所謂高階的電容電阻，最重要的是同一個批次應該儘量一致。日本這方面做得最好，國內企業差距大。國內企業的產品多屬於中低端，在工藝、材料、質量管控上，相對薄弱。
13
核心工業軟體
《核心工業軟體：智慧製造的中國“無人區”》
中國的核心工業軟體領域，基本還是“無人區”。工業軟體缺位，為智慧製造帶來了麻煩。工業系統複雜到一定程度，就需要以計算機輔助的工業軟體來替代人腦計算。
譬如，晶片設計生產“必備神器”EDA工業軟體，國產EDA與美國主流EDA工具相較，設計原理上並無差異，但軟體效能卻存在不小差距，主要表現在對先進技術和工藝支援不足，和國外先進EDA工具之間存在“代差”。
國外EDA三大巨頭公司Cadence、Synopsys及Mentor，佔據了全球該行業每年總收入的70%。發展自主工業作業系統+自主工業軟體體系，刻不容緩。
14
ITO靶材
《燒不出大號靶材，平板顯示製造仰人鼻息》
ITO靶材不僅用於製作液晶顯示器、平板顯示器、等離子顯示器、觸控式螢幕、電子紙、有機發光二極體，還用於太陽能電池和抗靜電鍍膜、EMI遮蔽的透明傳導鍍膜等，在全球擁有廣泛的市場。
ITO膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30奈米至200奈米。在尺寸的問題上，國內ITO靶材企業一直鮮有突破，而後端的平板顯示製造企業也要仰人鼻息。燒結大尺寸ITO靶材，需要有大型的燒結爐。
國外可以做寬1200毫米、長近3000毫米的單塊靶材，國內只能製造不超過800毫米寬的。產出效率方面，日式裝備月產量可達30噸至50噸，我們年產量只有30噸——而進口一臺裝置價格要花一千萬元，這對國內小企業來說無異於天價。
每年我國ITO靶材消耗量超過1千噸，一半左右靠進口，用於生產高階產品。
15
核心演算法
《演算法不精，國產工業機器人有點“笨”》
中國已經連續5年成為世界第一大機器人應用市場，但高階機器人仍然依賴於進口。由於沒有掌握核心演算法，國產工業機器人穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業機器人“四大家族”發那科（日本）、ABB（瑞士）、安川（日本）、庫卡（德國）的產品。
核心演算法差距過大，導致國產機器人穩定性不佳，故障率居高不下。演算法的差距不只體現在核心控制器上，更拖慢了伺服系統響應的速度。
機器人每完成一個動作，需要核心控制器、伺服驅動器和伺服電機協同作戰。對於單臺伺服系統，國產機器人動態與靜態精度都很高，但高階機器人一般同時有6臺以上伺服系統，用傳統的控制方法難以取得好的控制效果。
16
航空鋼材
《航空鋼材不過硬，國產大飛機起落失據》
無論起飛還是降落，起落架都是支撐飛機的唯一部件，尤其是在飛機降落階段，其承載的載荷不僅僅來自機身重量，還有飛機垂直方向的巨大沖力。因此，起落架的材料強度必須十分優異，只能依靠特種鋼材才行。
目前使用範圍最廣的是美國的300M鋼，該材料採用真空熱處理技術，避免了滲氫，零件表面光亮，無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面質量。而國內用於製作起落架的國產超強度鋼材有時會出現點狀缺陷、硫化物夾雜、粗晶、內部裂紋、熱處理滲氫等問題，這些問題都與冶煉過程中純淨度不夠有關係。
所以我國在高純度熔鍊技術方面與美國還有較大差距，存在很大提升空間。
17
銑刀
《為高鐵鋼軌“整容”，國產銑刀難堪重任》
隨著我國近年來高鐵的迅猛建設，鋼軌養護問題也愈加讓業內專家憂心。若養護不到位，不僅折損生命週期，還存在高風險隱患。
我國自主創新研發的雙動力電驅銑磨維護機器人裝備——被稱為鋼軌‘急救車’的銑磨車可為鋼軌“保駕護航”。但銑磨車最核心部件銑刀仍需從國外進口。銑刀的材料是一種超硬合金材料。
對其中金屬成分我們已然瞭解，但就是不知人家是怎麼配比、合成的，如同琢磨某種中藥的祖傳祕方、各種藥材比例是多少，都不甚明瞭。
18
高階軸承鋼
《高階軸承鋼，難以補齊的中國製造業短板》
作為機械裝置中不可或缺的核心零部件，軸承支撐機械旋轉體，降低其摩擦係數，並保證其迴轉精度。無論飛機、汽車、高鐵，還是高精密機床、儀器儀表，都需要軸承。這就對其精度、效能、壽命和可靠性提出了高要求。
而我國的制軸工藝已經接近世界頂尖水平，但材質——也就是高階軸承用鋼幾乎全部依賴進口。
高階軸承用鋼的研發、製造與銷售基本上被世界軸承巨頭美國鐵姆肯、瑞典SKF所壟斷。前幾年，他們分別在山東煙臺、濟南建立基地，採購中國的低端材質，運用他們的核心技術做成高階軸承，以十倍的價格賣給中國市場。鍊鋼過程中加入稀土，就能使原本優質的鋼變得更加“堅強”。
但怎麼加，這是世界軸承巨頭們的核心祕密。
19
高壓柱塞泵
《高壓柱塞泵，鯁在中國裝備製造業咽喉的一根刺》
液壓系統是裝備製造業的關鍵部件之一，一切工程領域，凡是有機械裝置的場合，都離不開液壓系統。高壓柱塞泵是高階液壓裝備的核心元件，被稱作液壓系統的“心臟”。
中國液壓工業的規模在2017年已經成為世界第二，但產業大而不強，尤其是額定壓力35MPa以上高壓柱塞泵，90%以上依賴進口。
國內生產的液壓柱塞泵與外國品牌相比，在技術先進性、工作可靠性、使用壽命、變數機構控制功能和動靜態效能指標上都有較大差距，基本相當於國外上世紀90年代初水平。
20
航空設計軟體
《航空軟體困窘，國產飛機設計戴上“緊箍咒”》
自上世紀80年代後，世界航空業就邁入數字化設計的新階段，現在已經達到離開軟體就無法設計的高度依賴程度。設計一架飛機至少需要十幾種專業軟體，全是歐美國家產品。
國內設計單位不僅要投入巨資購買軟體，而且頭戴鋼圈，一旦被念“緊箍咒”，整個航空產業將陷入癱瘓。據媒體報道，設計殲-10飛機時，主起落架主承力結構的整個金屬部件是委託國外製造。
但造完之後，起落架的收放出現問題，有5毫米的誤差，只好重新訂貨製造。僅僅是這一點點的誤差，影響了殲-10首飛推遲了八九個月。沒有全數字化的軟體支撐，任何一點細微的誤差，都可能成為製造業的夢魘。
21
光刻膠
《中國半導體產業因光刻膠失色》
我國雖然已成為世界半導體生產大國，但面板產業整體產業鏈仍較為落後。目前，LCD用光刻膠幾乎全部依賴進口，核心技術至今被TOK、JSR、住友化學、信越化學等日本企業所壟斷。
就拿在國際上具有一定競爭實力的京東方來說，目前已建立17個面板顯示生產基地，其中有16個已經投產。
但京東方用於高端面板的光刻膠，仍然由國外企業提供。光刻膠主要成分有高分子樹脂、色漿、單體、感光引發劑、溶劑以及新增劑，開發所涉及的技術難題眾多，需從低聚物結構設計和篩選、合成工藝的確定和優化、活性單體的篩選和控制、色漿細度控制和穩定、產品配方設計和優化、產品生產工藝優化和穩定、最終使用條件匹配和寬容度調整等方面進行調整。因此，要自主研發生產，技術難度非常之高。
22
高壓共軌系統
《高壓共軌不中用，國產柴油機很受傷》
電控柴油高壓共軌系統相當於柴油發動機的“心臟”和“大腦”，其品質的好壞，嚴重影響發動機的使用。柴油機產業是推動一個國家經濟增長、社會執行的重要裝備基礎。
中國是全球柴油發動機的主要市場和生產國家，而在國內的電控柴油機高壓共軌系統市場，德國、美國和日本等企業佔據了絕大份額。和國外先進公司的產品相比，國產高壓共軌系統在效能、功能、質量及一致性上還存在一定的差距，成本上的優勢也不明顯。
23
透射式電鏡
《我們的蛋白質3D高清照片仰賴舶來的透射式電鏡》
冷凍電鏡可以拍攝微觀結構高清3d“彩照”，是生命科學研究的利器，透射式電鏡的生產能力是冷凍電鏡製造能力的基礎之一。
目前世界上生產透射電鏡的廠商只有3家，分別是日本電子、日立、FEI，國內沒有一家企業生產透射式電鏡。匹配冷凍電鏡使用的工具都需要原裝，零件壞了找不到人修理，只能等待零件郵寄到貨後進行更換。
對於中國的冷凍電鏡使用者們來說，這樣的體驗可能還要持續不短的時間。
24
掘進機主軸承
《自家的掘進機卻不得不用別人的主軸承》
主軸承，有全斷面隧道掘進機的“心臟”之稱，承擔著掘進機運轉過程的主要載荷，是刀盤驅動系統的關鍵部件，工作所處狀況十分惡劣。
與直徑僅有幾百毫米的傳統滾動軸承相比，掘進機主軸承直徑一般為幾米，是結構最複雜的一種軸承，製造需要上百道工序。
就掘進機整機制造能力而言，國產掘進機已接近世界最先進水平，但最關鍵的主軸承全部依賴進口。德國的羅特艾德、IMO、FAG和瑞典的SKF佔據市場。
25
微球
《微球：民族工業不能承受之輕》
微球，直徑是頭髮粗細的三十分之一。手機螢幕裡，每平方毫米要用一百個微球，撐起了兩塊玻璃面板，相當於骨架，在兩塊玻璃面板的縫隙裡，再灌進液晶。
少了它，你正盯著的液晶螢幕將無法生產。沒有微球，晶片生產、食品安全檢測、疾病診斷、生物製藥、環境監測……許多行業都會陷入窘境。僅微電子領域，中國每年就要進口價值幾百億元人民幣的微球。
2017年中國大陸的液晶面板出貨量達到全球的33%，產業規模約千億美元，位居全球第一。但這面板中的關鍵材料——間隔物微球，以及導電金球，全世界只有日本一兩家公司可以提供。這些材料也像晶片一樣，給人卡住了脖子。
26
水下聯結器
《水下連線缺國產利器，海底觀測網傍人籬壁》
除了船舶、遙感衛星，海底觀測網已成為第三種海洋觀測平臺——通過它，人類可以深入到水下觀測和認識海洋。
如果將各類纜系觀測平臺比作胳膊、腿，水下聯結器就好比關節，對海底觀測網系統的建設、執行和維護有著不可替代的作用。目前我國水下聯結器市場基本被外國壟斷。一旦該聯結器成為禁運品，整個海底觀測網的建設和執行將被迫中斷。
27
燃料電池關鍵材料
《少了三種關鍵材料，燃料電池商業化難成文章》
國外的燃料電池車已實現量產，但我國車用燃料電池還處在技術驗證階段。我國車用燃料電池的現狀是——幾乎無部件生產商，無車用電堆生產公司，只有極少量商業執行燃料電池車。多項關鍵材料，決定著燃料電池的壽命和效能。
這些材料我國並非完全沒有，有些實驗室成果甚至已達到國際水平。但是，沒有批量生產線，燃料電池產業鏈依然梗阻。關鍵材料長期依賴國外，一旦遭遇禁售，我國的燃料電池產業便沒有了基礎支撐。
28
高階焊接電源
《國產焊接電源“啞火”，機器人水下作業有心無力》
我國是海洋大國，擁有300多萬平方公里海域，正在大力發展高階海洋資源開發和海洋維權裝備。海里的裝置一旦出現開裂等故障，需要用有工業製造“縫紉機”之稱的焊接裝備修補。深海焊接的實現靠水下機器人。
雖然我國是全球最大焊接電源製造基地，年產能已超1000萬臺套，但高階焊接電源基本上仍被國外壟斷。我國水下機器人焊接技術一直難以提升，原因是高階焊接電源技術受制於人。
國外焊接電源全數字化控制技術已相對成熟， 國內的仍以模擬控制技術為主。
29
鋰電池隔膜
《一層隔膜兩重天：國產鋰電池尚需撥雲見日》
作為新能源車的“心臟”，國產鋰離子電池（以下簡稱鋰電池）目前“跳”得還不夠穩。電池四大核心材料中，正負極材料、電解液都已實現了國產化，唯獨隔膜仍是短板。
高階隔膜技術具有相當高的門檻，不僅要投入鉅額的資金，還需要有強大的研發和生產團隊、純熟的工藝技術和高水平的生產線。高階隔膜目前依然大量依賴進口。
30
醫學影像裝置元器件
《拙鈍的探測器模糊了醫學影像》
目前國產醫學影像裝置的大部分元器件依賴進口，至少要花10年、20年才能達到別人的現有水平。在傳統醫學成像（CT、磁共振等）上，中國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數量上，美國是我國的10倍。
這意味著整個產業已經完全掌握在國外企業的手裡了，所有的智慧財產權，所有的原創成果，所有的科研積累都在國外，中國只佔很少的一部分。
31
超精密拋光工藝
《通往超精密拋光工藝之巔，路阻且長》
超精密拋光工藝在現代製造業中有多重要，其應用的領域能夠直接說明問題：積體電路製造、醫療器械、汽車配件、數碼配件、精密模具、航空航天。“它是技術靈魂”。美日牢牢把握了全球市場的主動權，其材料構成和製作工藝一直是個謎。換言之，購買和使用他們的產品，並不代表可以仿製甚至複製他們的產品。
32
環氧樹脂
《環氧樹脂韌性不足，國產碳纖維缺股勁兒》
碳纖維質量能比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，還具有耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變等特性，其中一個關鍵的複合輔材就是環氧樹脂。但目前國內生產的高階碳纖維，所使用的環氧樹脂全部都是進口的。
目前，我國已能生產T800等較高階的碳纖維，但日本東麗掌握這一技術的時間是上世紀90年代。相比於碳纖維，我國高階環氧樹脂產業落後於國際的情況更為嚴重。
33
高強度不鏽鋼
《去不掉的火箭發動機“鏽疾”》
用於火箭發動機的鋼材需具備多種特性，其中高強度是必須滿足的重要指標。然而，不鏽鋼的強度和防鏽效能，卻是魚和熊掌般難以兼得的矛盾體。火箭發動機材料如果如果嚴重生鏽，將帶來很大影響。
完全依靠材料自身實現高強度和防鏽效能兼備，這是世界性難題。現在，我國航天材料大多用的是國外上世紀六七十年代用的材料，發達國家在生產過程中會嚴格控制雜質含量，如果純度不達標，便重新回爐，但國內廠家往往缺乏這種嚴謹的態度。
34
資料庫管理系統
《資料庫管理系統：中國還在尋找“正確開啟方式”》
目前全世界最流行的兩種資料庫管理系統是Oracle和MySQL，都是甲骨文公司旗下的產品。競爭者還有IBM公司以及微軟公司的產品等。甲骨文、IBM、微軟和Teradata幾家美國公司，佔了大部分市場份額。
資料庫管理系統國貨也有市場份額，但只是個零頭，其穩定性、效能都無法讓市場信服，銀行、電信、電力等要求極端穩妥的企業，不會考慮國貨。
35
掃描電鏡
《掃描電鏡“弱視”，工業製造難以明察秋毫》
掃描電子顯微鏡，一種高階的電子光學儀器，它被廣泛地應用於材料、生物、醫學、冶金、化學和半導體等各個研究領域和工業部門，被稱為“微觀相機”目前我國科研與工業部門所用的掃描電鏡嚴重依賴進口，每年我國花費超過1億美元採購的幾百臺掃描電鏡中，主要產自美、日、德和捷克等國。國產掃描電鏡只佔約5%—10%。
據介紹，中科院“率先行動”計劃2018年已啟動超算系統、網路安全、潛航器3個專項，2019年已啟動處理器晶片與基礎軟體、電磁測量、仿生合成橡膠、高階軸承、多語音多語種技術5個專項。未來十年將針對一些“卡脖子”的關鍵問題做新的部署。
編輯 | 陳靜嵐
校對 | 鍾妙莉
稽核|黃曉明
來源|科技日報、觀察者網
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