2020年10月15日,美國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)鍵與新興技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》(National Strategy for Critical and Emerging Technology)。這項(xiàng)“全政府戰(zhàn)略”旨在重新定義全球科技發(fā)展中涉及的關(guān)鍵和新興技術(shù)范圍,并繼續(xù)引領(lǐng)全球技術(shù)發(fā)展。
其實(shí)早在20世紀(jì)90年代,美國(guó)就將發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)作為科技政策的重點(diǎn)。2017年底的美國(guó)《國(guó)家安全戰(zhàn)略》提到數(shù)據(jù)科學(xué)、加密、自治技術(shù)、基因編輯、新材料、納米技術(shù)、先進(jìn)計(jì)算技術(shù)和人工智能等新興技術(shù),在20世紀(jì)90年代的關(guān)鍵技術(shù)中均有體現(xiàn),可見美國(guó)對(duì)技術(shù)發(fā)展的前瞻性。
日前白宮國(guó)家安全委員會(huì)公布的這份最新清單,列入被認(rèn)為對(duì)軍事、情報(bào)和經(jīng)濟(jì)利益等國(guó)家安全地位至關(guān)重要的新興技術(shù),除了AI、量子信息科學(xué)、先進(jìn)計(jì)算、生科,還包括軍事、能源、半導(dǎo)體等領(lǐng)域,共計(jì)20項(xiàng)技術(shù)。
(1)高級(jí)計(jì)算
(2)先進(jìn)常規(guī)武器技術(shù)
(3)高級(jí)工程材料
(4)先進(jìn)制造
(5)高級(jí)傳感
(6)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)
(7)農(nóng)業(yè)技術(shù)
(8)人工智能
(9)自主系統(tǒng)
(10)生物技術(shù)
(11)化學(xué)、生物、放射和核(CBRN)減緩技術(shù)
(12)通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
(13)數(shù)據(jù)科學(xué)與存儲(chǔ)
(14)分布式分類技術(shù)
(15)能源技術(shù)
(16)人機(jī)界面
(17)醫(yī)療和公共衛(wèi)生技術(shù)
(18)量子信息科學(xué)
(19)半導(dǎo)體和微電子學(xué)
(20)空間技術(shù)
結(jié)合當(dāng)前國(guó)際芯片之爭(zhēng)、光伏產(chǎn)業(yè)火熱等現(xiàn)狀以及基于經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全的考慮,這份清單無(wú)疑讓石英尤其是高純石英成為焦點(diǎn)。
石英是花崗巖、片麻巖等許多巖石的主要礦物成分,是一種十分重要的造巖礦物。同時(shí),石英的工業(yè)應(yīng)用十分廣泛,是一種十分重要的工業(yè)礦物。
普通石英是玻璃、陶瓷以及工業(yè)硅、石油壓裂支撐劑生產(chǎn)的主要原料。而高純石英是SiO2純度大于99.9%的石英系列產(chǎn)品的總稱。高純石英高端產(chǎn)品是芯片產(chǎn)業(yè)(半導(dǎo)體)、新能源(光伏等)和硅產(chǎn)業(yè)等功能材料和關(guān)鍵基礎(chǔ)材料生產(chǎn)的原料,在國(guó)家戰(zhàn)新產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)安全和國(guó)防安全都具有重要作用。
高純石英砂制備得到的高性能石英玻璃制品,是通信工業(yè)用光導(dǎo)纖維及附屬光電元件生產(chǎn)的基本原料,用來(lái)生產(chǎn)單模和多模光纖預(yù)制棒、石英套管。石英玻璃材料做成的器件應(yīng)用尤為廣泛,如:石英擴(kuò)散管、大型擴(kuò)散鐘罩、石英清洗槽、石英爐門等多種產(chǎn)品。
集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的芯片制造環(huán)節(jié),需要使用多種輔助性石英器件。用于半導(dǎo)體芯片光刻環(huán)節(jié)中的光掩膜版的主要基板材料也是石英玻璃。所涉及的石英法蘭、石英玻璃爐管、石英舟、光掩膜版的石英玻璃基片等都是以高純石英為主要原料。
石英玻璃具備良好的光學(xué)性能,從紫外區(qū)到紅外區(qū)均有優(yōu)良的光透性和耐熱性,在特種光源領(lǐng)域具有重要作用。高精度顯微光學(xué)儀器,高清晰度、高透光率的光學(xué)透鏡,準(zhǔn)分子激光光學(xué)裝置,投影儀、耐高溫石英燈管等的生產(chǎn)制備中都是以高純石英為基礎(chǔ)性原料。
石英纖維是一種高性能無(wú)機(jī)纖維,制備原料為高純石英或天然的石英晶體。它保持了固體石英的部分性能和特點(diǎn),是一種良好的耐高溫材料,并可作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)體。同時(shí)石英纖維的純度很高(≥99.9%),這使得其具備一些良好的特性,如抗燒蝕性強(qiáng)、耐溫性好、導(dǎo)熱率低,且其化學(xué)穩(wěn)定性高,介電性能也較為優(yōu)良,在軍事、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)中具有重要用途。其可用于制作透波增強(qiáng)材料,包括機(jī)載雷達(dá)罩、導(dǎo)彈雷達(dá)罩、干擾電磁發(fā)射窗口等,也可以被使用制造火箭的噴火口、航天熱防護(hù)裝置等。
此外,石英玻璃具有高光譜透射,不會(huì)因輻射線損傷,因此也是用于宇宙飛船、風(fēng)洞窗和分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的理想玻璃,在我國(guó)神舟及天宮航天器、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)罩、高鐵安全玻璃等領(lǐng)域中均發(fā)揮了重要作用。
硅微粉是由天然石英或者熔融石英經(jīng)多道工藝加工而成的微粉。硅微粉的一個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域是集成電路覆銅板(CCL)。集成電路產(chǎn)業(yè)作為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心,是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。覆銅板作為集成電路的最主要載體,在集成電路中充當(dāng)工業(yè)基礎(chǔ)材料。
硅微粉另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是芯片封裝材料。芯片從設(shè)計(jì)到制造非常不易,芯片封裝顯得尤為重要。目前,我國(guó)芯片產(chǎn)能在全球市場(chǎng)份額的占比還較少,芯片用球形硅微粉主要用戶也在國(guó)外,日本的技術(shù)和產(chǎn)品均處于領(lǐng)先水平。
晶體硅材料(包括單晶硅和多晶硅)是用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的光伏產(chǎn)業(yè)中最常見的材料。石英制品廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏行業(yè),主要產(chǎn)品石英坩堝,是用于提煉單/多晶硅過程中的消耗品。此外在太陽(yáng)能電池片的生產(chǎn)過程中,各類石英玻璃材料及制品也是其主要的工藝耗材,如擴(kuò)散爐管、法蘭等。
基于石英尤其是高純石英在半導(dǎo)體、光伏、電光源、光通訊以及航空航天等軍事領(lǐng)域中的重要性,以及當(dāng)前高純石英稀缺、對(duì)外依存度高的現(xiàn)狀,我國(guó)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行高純石英資源安全戰(zhàn)略研究。
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