中国35个被“卡脖子”的关键技术

2018年，《科技日报》报道了制约我国工业发展的35项“卡脖子”技术，包括芯片、操作系统、触觉传感器、真空蒸镀机、医学影像设备元器件等，涉及多个领域。到2023年，根据《科技日报》报道，这35项“卡脖子”技术已被攻克21项，有些还成为我国的强项，情况已经发生根本性变化。比如，触觉传感器、重型燃气轮机、激光雷达、ITO靶材、特种铣刀、透射式电镜、掘进机主轴承、微球、锂电池隔膜、环氧树脂、扫描电镜等。01 光刻机指甲盖大小的芯片，密布千万电线，纹丝不乱，需要极端精准的照相机⸺光刻机。光刻机精度，决定了芯片的上限。“十二五”科技成就展览上，中国生产的*好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90纳米，相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。国外已经做到了十几纳米。位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片，得数万美元一块。镜片材质做到均匀，需几十年到上百年技术积淀。另外，光刻机需要体积小，但功率高而稳定的光源。ASML的光刻机，使用波长短的极紫外光，光学系统极复杂。有顶级的镜头和光源，没的机械精度，也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。02 芯 片芯片核心产业链流程可以简单描述为设计—制造—封装。其中有三个关键步骤：第*，提炼高纯度二氧化硅，做成比纸还薄的晶圆；第二，在晶圆上用激光刻出数十亿条线路，铺满几亿个二极管和三极管；第三，把每片晶圆切割封装好⸺目前指甲盖大小的芯片里能集成150亿个晶体管。每一步，都需要极精细操作。03 系统操作电脑和手机里，操作系统就像总经理。每次开启电源，操作系统第*个上岗，它根据用户的动作，命令各种硬件干活。软件的计算需求，经操作系统翻译，向各种硬件发出指令。但中国没有自己的操作系统。缺少自研操作系统，不仅是中国的痛点，英、俄、日、德、印等强国用的都是美国人的操作系统。操作系统天然垄断，赢家通吃。美国先人一步，占据高点。编写一个操作系统不难。大学生也能开发简单的操作系统。而且Linux系统源代码公开，随便用，稍加改动就能开发一套自己的操作系统。但是，“就像汽车，造一个四轮平台谁都会，外观也不难设计，但跑起来就发现，好车不是随便就能造出来。”操作系统的智慧，藏在一行行程序语句里。代码一眼看不出优劣，但“执行起来，同样是一万行代码，有些毛病不断，有些完美避开所有陷阱。差距来自大量人力和金钱堆积出的经验。微软、苹果很多专利都是试错试出来的，后来者会发现，只有这条路才通。”04 航空发动机短舱短舱，是飞机上安放发动机的舱室，俗称“房子”，模样类似整流罩，主要由发动机进气道、整流罩和尾喷口组成，起整流、降噪、保护和为安装发动机部分附件提供平台的作用。“与人们熟知的在高温、高压、高速等极端工况下工作的航空发动机热端部件相比，短舱属于‘低温部件’技术，是航空推进系统最重要的核心部件之一，所需的技术难度极高。其成本约占全部发动机的1/4左右。”短舱是一套极为复杂的集成系统，开发、生产和供应都需要多年的经验，短舱越大技术难度越高。作为发动机核心设备，短舱涉及飞机性能、操作安全性、系统可靠性、重量、成本和环保相关的关键航空技术。一代发动机产品从最初技术预研、立项，到定型批产，至少需要15到20年。“让具有自主知识产权的CJ-1000A发动机住进自己的‘房子’，或是将来的*佳选择。”05 触觉传感器给一个压力，还一个电信号。触觉传感器的简单转变就能让真实世界以“二进制”的方式传给机器人。“需要稳定、精确的输出，并且消除不同‘维’间的耦合干扰。”精确、稳定的严苛要求，拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐，目前国内传感器企业大多从事气体、温度等类型传感器的生产，几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。除了生产工艺，材料纯度也是从实验室到工业生产的“扼咽之处”。此外，每个敏感元件的受力维度也增加了技术的复杂性，施力有六个维度（X、Y、Z轴3个方向，以及对应的力矩方向），维度之间的耦合干扰如何消除也是需要在基础研究上发力的环节。06 真空蒸镀机未来可卷曲、如纸一样轻薄的各类终端屏幕主要选材是OLED（有机发光二极管），OLED生产过程最重要的一环就是“蒸”，工艺难度极高。真空蒸镀机就如同OLED面板制程的“心脏”，被日本Canon Tokki独占高端市场，说其掌握着OLED产业的咽喉也不过分，业界对它的年产量预测通常在几台到十几台之间。目前我国还没有生产蒸镀机的企业。蒸镀是OLED制造工艺的关键，直接影响着OLED屏幕显示，蒸镀机的工作就是把OLED有机发光材料精准、均匀、可控地蒸镀到基板上。Canon Tokki能把有机发光材料蒸镀到基板上的误差控制在5微米内（1微米相当于头发直径的1％），没有其他公司的蒸镀机能达到这个精准度。目前我国还没有生产蒸镀机的企业，在这个领域我们没什么发言权。OLED显示面板中大量应用的有机材料极易受到氧气和水的影响，有机材料间也很容易造成污染，因此，面板的蒸镀一般都是在真空环境下且相互独立进行。通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使被蒸材料蒸发成原子或分子，它们即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜，这个过程就是真空蒸镀。中国平板显示全球第*，但大而不强。我国OLED企业主要聚集在产业链中下游的面板和手机等显示终端产品应用领域，上游核心生产设备完全依靠进口。OLED的生产难度在精密制造，精密制造的技术壁垒在精密设备。国内OLED大型生产线装备虽仍一片空白，但OLED科研型蒸镀设备已达国际水平，中试型生产装备已成功研发。“真空蒸镀机等核心设备的缺失，反映出我国基础研究、精密加工、自动化控制等多领域的短板。虽然很难，但一代人有一代人的任务，希望我们这一代能生产出真空蒸镀机。”07 手机射频器件手机的射频器件，好比部队的无线电兵，通信全靠它。中国是世界*大的手机生产国，但造不了高端的手机射频器件。这需要材料、工艺和设计经验的踏实积累。一块手机的主板上，1/3的空间是射频电路。手机发展趋势是更轻薄，功耗更小，频段更多，带宽更大，这就向射频芯片提出了挑战。射频芯片将数字信号转化成电磁波，4G手机要支持十几个频段，信息带宽几十兆。2018年，射频芯片市场150亿美元；高端市场基本被Skyworks、Qorvo和 博通3家垄断，高通也占一席之地。射频器件的另一个关键元件⸺滤波器，国内外差距更大。基础元器件的差距不止这一个。所有的高端元件，都与高性能材料有关。另外，高端射频器件使用新材料，也需要设计者熟悉相应的特殊工艺和封装。没有创新的工艺，即使采用新材料，良品率也会差得多。08 iCLIP技术iCLIP是一种新兴的实验技术，是研发创新药的最关键的技术之一。它的发明，让人们抛弃精密的观测仪器，也能确定RNA（核糖核酸）和蛋白质在哪个位置“交汇”，甚至可以读出位点“密码”。iCLIP技术难，犹如万千人海中找一个人，要从几十亿个碱基对找到一个或几个确定的结合点，精确度可想而知。国外研究团队已在此领域展开“技术竞赛”，研究论文以几个月为周期轮番上演。国内实验室却极少有成熟经验。09 重型燃气轮机重型燃气轮机（以下简称重燃），名副其实的大国重器。作为迄今为止热／功转换效率*高的动力机械，广泛应用于机械驱动（如舰船、火车）和大型电站。我国现已具备轻型燃机（功率5万千瓦以下）自主化能力；但重燃（功率5万千瓦以上）仍基本依赖引进。据悉，重燃发电机组目前占全国发电装机总量的3%左右，虽不是一大块，却是不可或缺的一块⸺启停快捷、热效率更高、污染更少的燃机机组，作为大电网调峰容量的*佳选择，在国家能源安全中扮演着无可替代的全局性角色。没有自主化能力，意味着我国能源安全的重要一环，仍然受制于人，存在被“卡脖子”的风险。10 激光雷达伴随自动驾驶的落地，原来主要用于三维扫描的激光雷达，成为自动驾驶汽车的必备，甚至决定着自动驾驶行业的进化水平。但在这个切中行业要害的领域，国货几乎没有话语权。11 适航标准一款航空发动机要想获取一张放飞证，必须经过一套非常严格的“适航”标准体系验证，涵盖设计、制造、验证和管理。每个分项又有一系列技术指标，仅设计就有气动、传热、结构、强度等等。作为《中国民用航空规章》（CCAR）的组成部分，其中的CCAR33-R2（航空发动机）版的安全水平，与2009年11月2日生效的美国联邦航空管理局（FAA）的FAR33部（航空发动机适航规章）第30修正案水平一致。按国际民航组织惯例，一款新产品想进入他国运行，首先要通过对方的适航取证。在双边的认可中，一般需要提供对等的航空产品，互相审查。没有自主研制的航空发动机，缺乏实际型号的适航验证工业实践，也就无法从技术层面支撑现有的适航规章体系，更无法与别国对等互认。“尽管在规章要求层面与FAA基本一致，但由于国产航空发动机型号匮乏，缺乏实际工程实践经验，使我国适航规章缺少相应的技术支撑。实际型号的适航验证工作，成为被卡在别国空域之外的关隘。”12 高端电容电阻电容和电阻，是电子工业的黄金配角。中国是*大的基础电子元件市场，一年消耗的电阻和电容，数以万亿计。而*好的消费级电容和电阻，来自日本。“在军用级别，国产电阻电容是能满足需求的；一些特殊的定制电阻，国内公司也能生产。我们比起日本有差距的，是在消费级的、大批量生产的元件上。”手机、电脑、家用电器、汽车……消费类电子行业是电容电阻的*大用户。“这一领域，所谓高端的电容电阻，最重要的是同一个批次应该尽量一致。日本这方面做得*好，国内企业差距大。”13 核心工业软件我国的核心工业软件领域,基本还是“无人区”。工业软件缺位，为智能制造带来了“成长的烦恼”。譬如,芯片设计生产“必备神器”EDA工业软件,我国就不得不面临被国外生产制造商无预兆“卡脖子”的风险。EDA，即电子设计自动化。用于辅助和实现EDA的软件,被归口为高等级“行业通用”工业软件。在先进制造的“流水线”上,没有先进EDA软件做产品设计,再高端的设备、再精湛的工艺,也得“歇菜”。我国也有自主EDA软件。对于模拟电路或全定制设计电路,国产EDA与美国主流EDA工具相较,设计原理上并无差异,但软件性能却存在不小差距,主要表现在对先进技术和工艺支持不足,和国外先进EDA工具之间存在“代差”。“EDA软件还只是工业软件中的冰山一角，由此可见我国自主工业软件之殇。发展自主工业操作系统+自主工业软件体系，刻不容缓。”14 ITO靶材作为有色金属氧化物，简称为ITO的氧化铟锡在平板上具有很好的导电性和透明性，它还可切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，是平板显示器制造的重要原料。但在尺寸的问题上，国内ITO靶材企业一直鲜有突破，而后端的平板显示制造企业也要仰人鼻息。ITO靶材不仅用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸、有机发光二极管，还用于太阳能电池和抗静电镀膜、EMI屏蔽的透明传导镀膜等，在全球拥有广泛的市场。在中国，半导体重要原料铟、锡的采选、冶炼水平已处于世界水平，产量和品级也堪称世界。全球近80%的高品质铟、锡来自中国，日企长期购买中国铟锭。“但我们缺乏下游功能性产品和足够长的产业链，只能赚取原材料的初级利润，比如高品质、大尺寸的ITO靶材，就是粉末冶金和半导体行业的痛。15 核心算法 中国已经连续5年成为世界第*大机器人应用市场，但高端机器人仍然依赖于进口。由于没有掌握核心算法，国产工业机器人稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”发那科（日本）、ABB（瑞士）、安川（日本）、库卡（德国）的产品。核心算法差距过大，导致国产机器人稳定性不佳，故障率居高不下。算法的差距不只体现在核心控制器上，更拖慢了伺服系统响应的速度。机器人每完成一个动作，需要核心控制器、伺服驱动器和伺服电机协同作战。对于单台伺服系统，国产机器人动态与静态精度都很高，但高端机器人一般同时有6台以上伺服系统，用传统的控制方法难以取得好的控制效果。16 航空建材 无论起飞还是降落，起落架都是支撑飞机的部件，尤其是在飞机降落阶段，其承载的载荷不仅仅来自机身重量，还有飞机垂直方向的巨大冲力。因此，起落架的材料强度必须十分优异，一般材料无法满足这一要求，只能依靠特种钢材才行。目前，我国的超高强度钢材研制水准与欧洲、俄罗斯相比基本相当或略有优势，但在材料创新基础研究能力，尤其是高纯度熔炼技术方面与美国还有较大差距，存在很大提升空间。全球航空航天材料市场预计到2022年将达到258亿美元，这是一个快速增长的庞大市场，目前高端新材料基本上被美国和欧洲垄断着。根据测算，我国高温合金行业长期处于供不应求的状态，年市场缺口近1万吨。17 铣 刀高铁被称为“一带一路”沿线20国青年*想带回家的“中国特产”之一。从2003年开始至今，我国铺设的高铁轨道长度已占世界高铁总里程的一半以上，而钢轨养护问题也愈加让业内专家忧心⸺有着高铁“筋骨”之称的钢轨，若养护不到位，不仅折损生命周期，还存在高风险隐患。列车在运行过程中发生磨耗，不仅铁道钢轨轨头的几何形状会改变，轨面还会出现波浪磨耗、鱼鳞伤及肥边等缺陷。为修复钢轨型面，就要用仿形铣刀对钢轨轮廓及时铣削整形，及时消除各种缺陷。“目前，尽管我们自主创新研发出世界首台套双动力电驱铣磨维护机器人装备⸺被称为钢轨‘急救车’的铣磨车，但是其中*核心部件铣刀仍需从国外进口。”18 高端轴承钢作为机械设备中不可或缺的核心零部件，轴承支撑机械旋转体，降低其摩擦系数，并保证其回转精度。无论飞机、汽车、高铁，还是高精密机床、仪器仪表，“凡是旋转的部分，都需要轴承”。发动机中的轴承不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转，还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与超高温。这对轴承的精度、性能、寿命和可靠性提出了高要求，而决定这四点的关键因素，在于其材质。遗憾的是，虽然我国的制轴工艺已经接近世界水平，但材质⸺也就是高端轴承用钢几乎全部依赖进口。上世纪80年代，我国曾掀起稀土钢的研发和应用高潮，科学家们普遍认为，炼钢过程中加入稀土是解决高端轴承用钢的技术方向，但是在钢中加入稀土后，钢的性能变得时好时坏，在大规模生产过程中也极易堵塞浇口，虽经多年攻关仍未能突破技术瓶颈。19 高压柱塞泵高压柱塞泵是高端液压装备的核心元件，被称作液压系统的“心脏”。液压系统是装备制造业的关键部件之一，被广泛应用于农林机械、化工、轻纺机械、能源工业机械、冶金工业机械、建材工业机械、机床行业，以及军工、航空航天、船舶等等。可以说，一切工程领域，凡是有机械设备的场合，都离不开液压系统。国内生产的液压柱塞泵与外国品牌相比，在技术先进性、工作可靠性、使用寿命、变量机构控制功能和动静态性能指标上都有较大差距，基本相当于国外上世纪90年代初水平。差距主要表现在产品品种、性能和可靠性等方面。液压产品品种只有国外的1/3，寿命为国外的1/2。20 航空设计软件自上世纪80年代后，世界航空业就迈入数字化设计的新阶段，现在已经达到离开软件就无法设计的高度依赖。设计一架飞机至少需要十几种专业软件，全是欧美国家产品。航空设计软件少则几十万元，多则近千万元，每增加一个账号还要另付一笔费用，过几年升级版本还要付费。如果要完整地设计一架飞机，需要十几甚至几十个软件，花费可想而知。国内设计单位不仅要投入巨资购买软件，而且头戴钢圈，一旦被念“紧箍咒”，整个航空产业将陷入瘫痪。“国有科研单位以型号为管理目标，导致软件后续开发难以持续，而民营企业又没有航空专业人才。”航空设计软件想要与国外媲美，必须有市场化思维。且这类软件开发周期较长、基础理论要求高，需要国有科研单位与民营软件公司配合，理顺上下游产业链。21 光刻胶我国虽然已成为世界半导体生产大国，但面板产业整体产业链仍较为落后。目前，上游高端电子化学品（LCD用光刻胶）几乎全部依赖进口，必须加快面板产业关键核心材料基础研究与产业化进程，才能支撑我国微电子产业未来发展及国际“地位”的确立。我们在日常工作生活中，之所以能从显示屏幕上看到色彩斑斓的画面，就是离不开屏幕中厚度只有2μm、却占面板成本16％的一层彩色薄膜。然而，彩色薄膜颜色的产生，必须由光刻胶来完成。光刻胶是整个光刻工艺的重要部分，也是国际上技术门槛最高的微电子化学品之一，主要应用在集成电路和平板显示两大产业。光刻技术决定了集成电路的集成度，引领了技术节点的推进和实现。在光刻胶研发上，我国起步晚，2000年后才开始重视。近几年，虽说有了快速发展，但整体还处于起步阶段。事实上，工艺技术水平与国外企业有着很大的差距，尤其是尖端材料及设备都仍依赖进口。22 高压共轨系统发动机是汽车最重要的零件之一，犹如人的心脏。而电控柴油高压共轨系统则相当于柴油发动机的“心脏”和“大脑”，其品质的好坏，严重影响发动机的使用。柴油机产业是推动一个国家经济增长、社会运行的重要装备基础。中国是全球柴油发动机的主要市场和生产国家，仅2017年，国内22家柴油机企业销售汽车用柴油机357.52万台，被广泛运用在工程车、农机和运输车辆上。而在国内的电控柴油机高压共轨系统市场，德国、美国和日本等企业占据了绝大份额。和国外先进公司的产品相比，国产高压共轨系统在性能、功能、质量及一致性上还存在一定的差距，成本上的优势也不明显。23 辐射式电镜冷冻电镜可以拍摄微观结构高清3d“彩照”，是生命科学研究的利器，透射式电镜的生产能力是冷冻电镜制造能力的基础之一。“如今，中国只有一家企业生产扫描电镜，透射电镜完全不生产了。”在冷冻电镜实验室中，从耗材到配件都必须进口。所有匹配冷冻电镜使用的工具都需要原装，零件坏了找不到人修理，只能等待零件邮寄到货后进行更换。对于中国的冷冻电镜使用者们来说，这样的体验可能还要持续不短的时间。24 燃料电池关键材料国外的燃料电池车已实现量产，但我国车用燃料电池还处在技术验证阶段。我国车用燃料电池的现状是⸺几乎无部件生产商，无车用电堆生产公司，只有极少量商业运行燃料电池车。车用燃料电池，一般为质子交换膜燃料电池。它有两大关键部件，一个叫膜电极组件，一个叫双极板。前者其实是由“三兄弟”构成：质子交换膜、催化层和气体扩散层。这些关键材料，决定着燃料电池的寿命和性能。“我们的关键材料长期依赖国外，一旦国外禁售，我国的燃料电池产业便没有了材料基础支撑。”这些材料我国并非完全没有，有些实验室成果甚至已达到国际水平。但是，没有批量生产线，燃料电池产业链依然梗阻。特别是在气体扩散层量产技术方面，我国还是空白。“这是因为气体扩散层的石墨化工序需要经过2000℃以上的高温才能制备，但关键设备高温炉技术还掌握在国外手中。”25 掘进机主轴承主轴承，有全断面隧道掘进机（简称掘进机）的“心脏”之称，承担着掘进机运转过程的主要载荷，是刀盘驱动系统的关键部件，工作所处状况十分恶劣。掘进机采用液压、机械和电气等诸多领域的高科技成果，运用计算机自动控制、工厂化作业、在线实时监测与导向，是集掘进、出渣、运输、支护于一体的成套设备，长度由几十米到200多米，总重量可达几百吨至5000多吨，是当前地下空间施工的装备。每台价值从数千万元至两三亿元不等。“就整机制造能力而言，国产掘进机已接近世界水平，但*关键的主轴承全部依赖进口。”26 水下连接器除了船舶、遥感卫星，海底观测网已成为第三种海洋观测平台⸺通过它，人类可以深入到水下观测和认识海洋。如果将各类缆系观测平台比作胳膊、腿，水下连接器就好比关节，对海底观测网系统的建设、运行和维护有着不可替代的作用。2017年3月，我国*大规模的国家海底科学观测网正式被批复建立。该网将在我国东海和南海分别建立海底观测子系统，实现东海和南海从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测，服务于科学前沿研究，并兼顾海洋环境监测、灾害预警、国防安全与国家权益等方面的需求。遗憾的是，无论是国家海底长期科学观测网，还是短期实验观测网，目前我国水下连接器市场基本被外国垄断。水下连接器分为干插拔连接器和湿插拔连接器。干插拔连接器在陆上完成插拔操作，然后放入水下使用，我国已基本掌握该项技术。湿插拔连接器难度更高，过程好比充电插头与手机在水下完成插合，充电完毕后直接在水中拔下插头，目前仍没有可用的国内产品。27 微 球微球，现代工业的基础材料，被国外企业垄断。仅微电子领域，中国每年就要进口价值几百亿元人民币的微球。“2017年中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33%，产业规模约千亿美元，位居全球第*。但这面板中的关键材料⸺间隔物微球，以及导电金球，全世界只有日本一两家公司可以提供。这些材料也像芯片一样，给人卡住了脖子。”微球是液晶面板的关键材料，也可以做芯片的引脚。没有微球，食品安全检测、疾病诊断、环境监测……许多行业都会陷入窘境。微球还可以用于提取生物药，全世界的生物制药都必须使用微球做色谱填料。“虽然苏州纳微开发了比日本先进的微球制造技术，但由于国产的原料质量及不锈钢性能问题，浪费了大量时间和精力。28 高端焊接电源我国是海洋大国，拥有300多万平方公里海域，正在大力发展高端海洋资源开发和海洋维权装备。海里的设备一旦出现开裂等故障，需要用有工业制造“缝纫机”之称的焊接装备修补。深海焊接的实现靠水下机器人。而我国水下机器人焊接技术一直难以提升,原因是高端焊接电源技术受制于人。目前我国水下机器人焊接领域普遍使用陆上通用型（常压环境）弧焊电源，或在此基础上进行结构微调，对水下专用焊接电源的研究非常少，缺乏高性能的水下焊接电源，严重制约了水下机器人焊接质量的提升。虽然我国是全球*大焊接电源制造基地，年产能已超1000万台套，但高端焊接电源基本上仍被国外垄断。“国外焊接电源全数字化控制技术已相对成熟,国内的仍以模拟控制技术为主。”29 锂电池隔膜虽然我国已经形成了比较完善的动力电池产业链，电池产业规模够大，但是还远称不上强。“相较日、韩，我国的低端锂电池产品更有优势，主要是由于人工和原始材料相对便宜，但是在部分高端产品，尤其是事关电池安全性的核心材料和制造工艺，仍有较大的差距。”据了解，电池四大核心材料中，正、负极材料、电解液都已实现了国产化，唯独隔膜仍是短板。隔膜是锂电池的关键组件之一，隔膜主要材质为多孔质的高分子膜，包括聚乙烯及聚丙烯。锂电池用的隔膜对安全性、渗透性、孔隙度及厚度都有严苛的要求。国产隔膜主要供应低端3C类电池市场，高端隔膜目前依然大量依赖进口。核心专利缺乏，隔膜等关键材料不给力，不仅成了国产锂电池难以承受之痛，也拖了国产锂电池企业“走出去”的后腿。30 医学影像设备元器件由于速度和视野的限制，给跳动的心脏准确成像是CT机诞生后几十年内没能达成的使命。近年来，一些进口高端CT机通过技术创新有所突破，主要是在探测器上下足功夫。在传统医学成像（CT、磁共振等）上，我国*早的专利比美国平均晚20年。在专利数量上，美国是我国的10倍。这意味着整个产业已经完全掌握在国外企业的手里了，所有的知识产权，所有的原创成果，所有的科研积累都在国外，中国只占很少的一部分。更现实的情况是，在这一“赛道”中，已发展50年的国外企业布下大量的“专利”壁垒，限制了后来者的跟随和超越。CT成像系统中探测器的方案为闪烁探测器，其中的关键部分是可将入射的不可见X光子转换为可见光的闪烁晶体或荧光物质，完成后续成像。中国闪烁晶体从业的科研人员较少，闪烁晶体方面的人才培养单位只有上海硅酸盐所等个别单位，自主开发的新型闪烁晶体较少，晶体生长和性能研究方面的结合较少。“目前国产医学影像设备的大部分元器件依赖进口。”31 超精密抛光工艺今天的光电子信息产业水平，对作为光电子基片材料的蓝宝石、单晶硅等材料的平行度要求越来越精密，已经达到了纳米级。这就意味着，抛光工艺也已随之进入纳米级的超精密程度。超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要，其应用的领域能够直接说明问题：集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航空航天。而当电子工业强国争相攀登或到达这一工艺巅峰之时，我们却还只能仰望。目前，美国日本等国际顶级的抛光工艺已经可以满足60英寸基片原材料的精密抛光要求（属超大尺寸），他们据此掌控着超精密抛光工艺的核心技术，牢牢把握了全球市场的主动权。而事实上，把握住这项技术，也就在很大程度上掌控了电子制造业的发展。目前超精密抛光工艺核心技术被他国把控，国内需求受制于人。32 环氧树脂“碳纤维产业链核心环节很多，包括上游原丝生产、中游碳化环节、下游复合材料及其应用，经过十多年的研发和突破，目前我国碳纤维的‘卡脖子’问题主要在下游应用环节，即复合材料和制品方面。”碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料，之所以其质量能比金属铝轻，但强度却高于钢铁，还能耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性，其中一个关键的复合辅材就是环氧树脂。环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能，附着力强，能将碳纤维粘接在一起。但目前国内生产的高端碳纤维，所使用的环氧树脂全部都是进口的。33 高强度不锈钢用于火箭发动机的钢材需具备多种特性，其中高强度是必须满足的重要指标。苏杰向科技日报记者介绍，过去我国火箭发动机上采用的奥氏体不锈钢，屈服强度约为300兆帕，而新一代运载火箭所用材料，强度是其2到4倍。然而，不锈钢的强度和防锈性能，却是鱼和熊掌般难以兼得的矛盾体。火箭发动机材料如果只是有点浮锈问题不大，但如果严重生锈，可能带来很大影响。假设阀门的阀芯生锈，会使阀门在开合过程中遇到阻力，导致反应速度出问题。如果锈得厉害，还可能发生泄漏。要是管道生锈，锈块随着燃料流动，可能引起堵塞。对于我国正在发展的可重复使用火箭发动机，使用时间更长，其内部要反复经受煤油浸泡，又不能拆开处理，对防锈能力的考验会更严峻。又如我国新一代运载火箭，现在是无人发射，将来要是载人，安全可靠性要求更高。生锈问题到底有没有影响？这些问题必须搞清楚。34 数据库管理系统商用数据库管理系统的丰厚利润，一直被甲骨文为首的几家美国公司瓜分，中国产品望洋兴叹。“数据库管理系统，尤其是关系型数据库管理系统（RDBMS）的方法论，教科书上写得很明白；其功能和常见的图书管理系统没什么差别。但当数据量非常大，到了TB和PB级别，DBMS性能不下降就是一大挑战。”DBMS国货也有市场份额，但只是个零头。银行、电信、电力等要求极端稳妥的企业，不会考虑国货。20年前就有人呼吁国货替代，但一线技术人员并不情愿。“先发优势、完善的售后技术支持和高额的迁移成本，是企业难以迁移到新系统的原因。”如今的开源DBMS做得很好而且免费，但银行和传统企业出于谨慎，对于将核心系统迁移到开源系统仍会持谨慎态度。国内DBMS企业大多源自1990年代的高校，期望实现国产替代。但多年来，“产品的稳定性一直上不去，也不敢做有挑战性的性能测试。所以，稳定性、性能都无法让市场信服。结果就是：稍微重要一点的系统根本没人敢用。”35 扫描电镜对材料微观结构的观测离不开“微观相机”⸺扫描电子显微镜，一种高端的电子光学仪器，它被广泛地应用于材料、生物、医学、冶金、化学和半导体等各个研究领域和工业部门。但是，目前我国科研与工业部门所用的扫描电镜严重依赖进口，每年我国花费超过1亿美元采购的几百台扫描电镜中，主要产自美、日、德和捷克等国。国产扫描电镜只占约5%—10%。高质量电子光学系统生产困难，透镜内探测器设计难度较大，低电压分辨率需要突破，是国产扫描电子显微镜需要解决的问题。