光學市場前景范文
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摘 要:本文簡述了聚酯薄膜的發展過程,介紹了bopet膜的生產與工藝。重點敘述了普通pet光片、pet/ptt共混膜用聚酯、改性pet等薄膜用聚酯新產品的開發技術及應用,探討膜用聚酯開發的市場前景。關鍵詞:bopet 膜用 聚酯 開發 1 前言1948年英國帝國化學公司(i.c.i)和美國的杜邦公司(dupont)制出聚酯薄膜以來,并于1953年實現了雙向拉伸聚酯薄膜的工業化生產。雙向拉伸聚酯薄膜(bopet)具有優良的物理和化學特性,在電子、電器、磁記錄、包裝、裝潢、制版印刷和感光材料等方面具有廣泛的用途,在國內市場應用越來越多,特別是我國塑料包裝制品業發展迅猛,遠高于國內生產總值的增長速度,預計未來幾年塑料包裝制品生產總值年增長率將保持在10%以上。隨著包裝向高檔化發展,bopet膜的產量和消費量顯著增加,其中包裝薄膜是bopet膜需求增長最快的應用領域。截至2002年底,全國共有20余家bopet薄膜生產企業,各類生產線25條,年產能力約11萬余噸。從2002年開始,國內bopet薄膜市場供需兩旺,增長迅速。與此同時,市場的迅速發展吸引了眾多新投資者,國內有多家企業開始新建或擴建bopet生產線。下為2002~2006年國內bopet薄膜產能及預測表。表1 國內bopet薄膜產能預測表年 份 統計項目2002年2003年2004年2005年2006年進口生產線數量(條) 22 26 41 49 49 國產生產線數量(條) 3 4 8 8 8 生產線總數量(條) 25 30 49 57 57 總設計產能(噸/年) 112966 143550 273956 561900 569400 總設計產能較上年增長 ——27.1% 90.8% 105.1% 1.3% 2003年,我國薄膜用聚酯產量為20萬噸,基本滿足了國內bopet生產企業對原料的需求。使用膜用聚酯切片的用戶主要分布在廣東、江蘇、上海、河南等地區。大部分直接生產薄膜加工燙金、復合、鍍鋁等包裝材料出廠,2003年
petg的物理特性為非晶體,100%無定形,常溫下為球狀小顆粒,同扁平(或圓柱)狀小顆粒相比具有更市制容積密度,更容易擠壓輸出,熔點可達到220℃,玻璃化轉化溫度為88℃,除具有耐熱性、耐化學腐蝕性的特點,還具有優越的光學性能(高透光性、高光滑和低光暈)、突出的可印刷性、高韌性、高強度、易加工定型的綜合特性,冷狀態沒有應力白。
petg可專門應用于高性能收縮膜,有大于70%的最終收縮率,可制成復雜外形容器的包裝,具有高吸塑力,高透明度,高光澤,低霧度,易于印刷,不易脫落,存儲時自然收縮率低,應用于飲料瓶、食品和化妝品包裝、電子產品標簽,一改傳統包裝膜不透明或包裝效果差的缺點。petg易于加工、可回收使用及環保等性能,更符合了現代生產商家的要求。目前消費者對商品的外表包裝要求越來越高,這就使化妝品包裝設計顯得越來越重要。要達到美觀、質感良好及經久耐用,對設計者提出了很高要求,而petg的良好加工性能使設計構思成為了可能。4 膜用聚酯開發市場前景目前我國的bopet膜消費水平平均為70克/人,日本平均為2500克/人,全球平均為220克/人。如
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傳奇人物卡爾·蔡司(Carl Zeiss)1846年在德國工業城鎮耶拿創建了他的工作室,為耶拿大學制造高質量的放大鏡片,就從這寒酸的陋室開始,卡爾·蔡司作坊逐漸成長為世界上最大和最為領先的光學儀器公司。康泰克斯(Contax) 是1932年蔡斯伊康(Zeiss Ikon)開始生產旁軸相機時所使用的品牌,嫡傳了蔡司對嚴謹的一貫堅持,而它品牌之路,正如同法國時的貴族一般,享有輝煌的同時也隱隱地透出一股無奈。
確切地說,康泰克斯品牌曾經被四個國家的四家公司使用過,這些公司都與蔡司公司有著最密切的關系:比較熟悉的“東蔡”(1951年后因與西蔡的商標之爭后,改名為潘太康PENTACON),“西蔡”(一直沿用著一個名字到1970年),蘇聯的基輔(二戰后從蔡司擄走的專家在初到蘇聯時曾短暫使用過一段時間),以及1971年后的日本雅西卡和京瓷(西蔡把這個商標的產品交給日本的雅西卡YASHICA代工生產)。所有這些都是蔡司針對當時的市場和社會形態做出的應對策略,然而在上個世紀80年代,以賓得(PENTAX)相機為代表的日系單反相機同盟如日中天,將當年包括康泰克斯在內的各大頂級廠商打壓得直到如今也沒有恢復元氣。
1932年蔡司廠獨立開發出了康泰克斯品牌相機,功能與當今的頂級旁軸取景器照相機都差不了多少,并很快成為萊卡(Leica)相機最有力的競爭對手。到康泰克斯 III出產的時候,康泰克斯相機不僅已經具有當時世界上最快的快門速度,而且第一次在相機上安裝了指針式的測光表。在這一時期,康泰克斯在技術革新方面比當時所有相機廠商走的都要遠。和哈蘇、萊卡、路萊等品牌都一樣,康泰克斯代表了德系乃至全世界光學成像系統的最高水平。
70年代初,因與賓得單反相機的激烈競爭,蔡司公司未雨綢繆,及時調整自己的生產策略,終止了德國本地的生產,而改與日本雅西卡合作生產康泰克斯,并且堅持走高端電子與光學相結合的頂級路線。幾經滄桑,雅西卡被京瓷(KYOCERA)收購后成為其下面的一個品牌,由于1971年的代工協議里規定康泰克斯必須走德系高端路線,并使用蔡司自己的鏡頭,所以無論是雅西卡還是后來的京瓷,都是延續著康泰克斯的一貫態度和品質。甚至雅西卡在后面推出自己品牌相機時,也采用了與康泰克斯相同的CY卡口。
雖然康泰克斯的每次更新都創造了相機業里的神話和第一,但是它的定位和發展與市場需求總是那么不協調,導致它的市場前景命懸一線。在90年代初相機鏡頭自動對焦技術(該技術是美能達MINOLTA發明的)大行其道時,蔡司公司考慮自身頂級產品的高端定位反而拒絕在鏡頭中使用那些廉價塑料零件,結果和萊卡R6.2一起被尼康的F5,以及美能達的7000徹底打敗,很長一段時間里再也沒有翻過身來,直到退出相機市場。2001年京瓷推出的世界第一款35mm全畫幅的單反數碼相機CONTAX N Digital,成為專業攝影師和攝影發燒友心儀的對象,一時震驚業界,但殘酷的市場也讓這款相機成為了康泰克斯品牌的絕唱。京瓷不得不在2005年宣布全面終止康泰克斯的生產。如今我們也只能從相機發燒友那里再度回味康泰克斯往昔的輝煌與不羈的性格。
這個系列相機是康泰克斯、雅西卡和F. Alexander Porsche(保時捷)集團合作的結晶,漂亮的外形與精細的做工讓人耳目一新。RST系列是從70年代就開始的,1990 年,RTS三代與尼康 F4幾乎是同時推出。膠片單反機RTS III雖然是一部手動對焦相機,但它采用的技術即便在現在也是頂級的,號稱第一次將卡爾蔡司鏡頭的全部實力展示在膠片上。RTS III最高快門速度為八千分之一秒,閃光同步速度為 1/250 秒,同時內置每秒連拍五張的卷片馬達,這些使得他成為一款不折不扣的頂級專業單反機。
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關鍵詞:無機非金屬 材料研發 材料發展 材料應用
中圖分類號:TB321 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)11(b)-0057-01
1 無機非金屬材料簡介
1.1 無機非金屬材料范疇
當今的無機非金屬材料科學是在20世紀40年代開始由傳統的硅酸鹽材料科學逐漸演變發展而來的。目前,無機非金屬材料、金屬材料和有機高分子材料已成為社會各行各業使用的三大主要材料。全球無機非金屬材料的快速發展以及其新產品的不斷涌現為社會的發展做出了卓越的貢獻。
1.2 無機非金屬材料的優點
無機非金屬材料是一種固體無機材料,具有很強的整體性,其理化性質穩定,不易老化、風化。無機非金屬材料因其耐久性和有效性方面的優異表現,且能承受高溫,防水性能也表現出色,所以其也是一種很好的防火材料。無機非金屬材料本身屬于一到三級耐火材料標準,其材料結構緊密,其也具有很好的防水滲透能力,防雨水和地表滲透性能。無機非金屬材料的物理、化學性質穩定,與酸堿反應敏感度不大,具有很好的耐酸堿性,同時,無機非金屬材料對鼠害,蟲害的忍耐度比較大,能保證長久的正常的使用效果。
2 國內無機非金屬材料的現狀
2.1 無機非金屬新材料的新應用
2.1.1 高技術陶瓷材料
高技術陶瓷是以人工合成的超細高純粉體為原料制備的一種新型無機非金屬材料,其主要使用各種先進材料成型方法、優秀的當代燒結工藝以及精密加工技術制作而成。高技術陶瓷材料具有高性能、高附加值的特點,目前已經廣泛應用于高端技術領域和頂尖國防材料領域。高技術陶瓷具有耐高溫、高硬度、高剛度、耐磨耐腐蝕性優越等優點,可用于陶瓷機械零件、生物陶瓷材料、集成電路、各種傳感器等領域。大量材料應用結果表明:高技術陶瓷材料是21世紀國家經濟和科技發展水平的重要特征。
2.1.2 納米材料
隨著納米科學技術的快速發展,納米材料也迅速得到發展,納米材料由極細晶粒組成,其晶粒尺寸在納米尺度范圍,與微米晶體材料相比,在材料力學、材料光學、材料電磁學等方面具有更加優異的表現, 因此納米材料科學是當今凝聚態物理材料領域的熱點研究方向。比如:納米碳管的直徑為1.4 nm,5萬根納米碳管并排后才跟一根頭發一般粗,但是其強度已達到鋼的100倍。多數研究表明,納米材料的特殊性將在未來日常生活和高科技領域廣泛應用。例如,利用納米技術研發的新型電腦其性能更優良;飛機表面涂覆納米硅基陶瓷粉可以成功避開雷達的監測等。
2.1.3 復合氧化物與化學傳感器材料
復合氧化物敏感材料與化學傳感器對信息感知度強,其形態千變萬化、性能各異、功能多樣。目前,對這類材料的研究重點材料主要有:新型半導體材料;有害氣體敏感材料;復合氧化物氣敏材料等。多功能敏感材料的傳感元件結構簡單、使用方便、價格便宜、靈敏度高。廣泛用于火災報警、可燃氣報警、汽車尾氣檢測等方面。
2.1.4 特精細化學品材料和功能化合物材料
目前,特精細化學品材料和功能化合物材料品種越來越多,其主要包括畜牧業飼料添加劑、飲食添加劑、滅火劑、生氧劑等等。特種精細化學品和功能化合物的生產產量小、規模小,但是生產的技術含量高,具有很好的經濟效益和市場前景。
2.1.5 固體電解質
近十幾年來,固體電解質材料發展較快。由于非核能能源技術發展的需要,固體電解質材料中的新能源技術的研發引起人們極大的關注。當前,這類材料的研究體系已經成為單獨的固態離子學學科。固體電解質研究重點主要是堿金屬離子材料,未來具有很好的經濟效益和市場前景。
2.2 無機非金屬材料的發展趨勢
未來,無機非金屬材料的發展趨勢將有以下幾點:(1)材料與高科學技術領域的研發緊密聯系。隨著全球電子工業、高能電池、太陽能技術的迅速發展,未來無機非金屬新材料發展和高科技發展之間的聯系將會更加緊密。(2)各種材料復合程度提高。相互交叉的各學科領域相互合作研發的復合材料將占據材料工業越來越大的市場規模。(3)高分子復合材料的廣泛應用。高分子復合材料具有良好的機械性能、光電材料特性和磁學等功能。這些新材料將在生物、機械、光學、電子學等領域取得更廣大的應用。
2.3 無機非金屬材料在我國發展中出現的問題
雖然,無機非金屬材料在我國發展迅速,其新技術與新工藝不斷得以應用與推廣,無機非金屬材料的產量也得到突破。但是,我國傳統無機非金屬材料依然存在著品種雜、質量檔次低、高科技含量少,國際競爭力不強的現象。導致這現象的主要原因是國內材料企業過多,市場競爭失衡,企業總體生產工藝差,材料工作人員素質差, 高水平材料研發機構少等等。21世紀對無機非金屬材料需要量大,質量要求也越來越高。在激烈的市場競爭下,國內材料型企業要想生存與發展,必須提高企業研發、生產、銷售高科技材料的能力,積極參預國際材料市場的競爭,提高自身的核心競爭力。
3 國內無機非金屬材料的應用與發展建議
3.1 國家的角度
國家政府應加大對國內建材工業的產業化結構調整力度,合理引導企事業單位步入材料市場的正軌,從宏觀經濟、宏觀行政手段使國內無機非金屬材料的應用與發展正規化、可持續化。
3.2 法律的角度
政府應制定相關的法律法規,防止無機非金屬新材料研發結果被侵權的現象,充分利用法律手段嚴懲不法分子對材料領域的破壞行為。同時,要盡快制定適應我國科研體制改革的法律法規,保證無非金屬新材料的研發與生產。
3.3 人才的角度
國家與企業都應加快有關材料人才的培養速度,不斷優化教育資源,以最新材料相關知識和研發體系來培養無機非金屬材料新人才。
4 結語
目前,國內無機非金屬材料在國民經濟建設的作用越來越重要。國內無機非金屬材料的發展和應用是國內特色社會主義經濟體制改革的重要標志之一,無機非金屬材料的發展與應用已遠遠超出其自身的范疇,它帶動了國內各個科學領域的創新,推動了國內科學技術的快速發展。
參考文獻
[1] 張義順.傳統無機材料的現狀及新材料的發展趨勢[J].焦作工學院學報,2000(19).
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[關鍵詞]專利地圖 自主研發 自主創新 應用
[分類號]G306 F426.471
隨著國際競爭的日益加劇,自主研發與創新已成為各國提升核心競爭力的必由之路。在自主研發中,通常需要研發人員自行選擇研發方向、研發目標,設計技術方案。對于研發方向與目標,在適應企業自身條件的基礎上,不僅要符合國際發展趨勢,而且要符合市場需求;對于技術方案,不僅要規避侵權,而且要具有自主知識產權,或者能達到交叉許可的目的;對于研發成果,則要及時進行知識產權保護。在自主研發中,研發人員若充分利用專利地圖,將對立項、研究開發及其研發成果保護具有重要作用。雖然專利地圖在國外已有大量應用,但在研究開發中的具體應用仍未見報道。
1 國內外專利地圖在技術研發中的應用現狀
專利地圖作為專利管理手段之一,起源于日本。隨著在日本廣泛和有效的運用,專利地圖技術也傳人韓國、新加坡、美國以及我國臺灣等地。
專利地圖的應用,讓日本、韓國等國企業深得其益。1967年,日本特許廳繪制了全球第一份專利地圖。至2009年4月,日本特許廳對日本129個重點技術領域制作了專利地圖。日本企業從不諱言,他們是專利地圖的最大受益者,研發成果層出不窮。韓國在專利地圖的指引下,經過十幾年的努力,在多個領域取得長足進展,擁有了一系列核心技術。近十幾年來,專利地圖在臺灣地區得到了充分研究和應用,這從臺灣制作納米專利地圖中可見一斑。由于認識到納米科技在科技與產業發展中的重要地位,臺灣科資中心協助“行政院國家科學委員會”與“經濟部”進行納米技術的研發方向規劃,針對關鍵納米技術如碳納米管、納米二氧化鈦、量子點光學應用等多個技術領域進行了專利地圖研究,以協助企業研發人員對準技術發展與創新的切入點開展研發工作,并搶占市場。
目前我國大陸對專利地圖的研究與應用仍處于起步階段。一些學者開始涉足專利地圖領域的研究,但內容大多屬介紹性或宏觀性,以及基于小規模專利信息的專利地圖制作示范研究;在研發中的應用有待于深入研究與推廣。
2 專利地圖的特性及其與技術研發的關聯
專利地圖可大量應用于技術研發,是由于專利地圖在分析對象、解決目標等方面,與技術研發緊密關聯。
2.1專利地圖的研究對象
專利地圖是由各種與專利相關的資料訊息,以統計分析方法,加以縝密及精細剖析整理制成各種可分析解讀的圖表訊息,使其具有類似地圖指向功能。而技術研發中重點考察的文獻正是專利文獻,因此,專利地圖基于專利資訊的分析結果必然可以成為技術研發的考察對象。
2.2專利地圖的本質
專利地圖是一種專利情報研究方法和表現形式。它將包括科技、經濟、法律在內的各類專利情報進行加工整理,制成各種直觀的圖表。透過對專利技術信息指標及其組合的可視化表現,反映蘊涵在大量專利數據內的錯綜復雜的信息,指明技術發展方向,分析技術分布態勢等技術信息,因此其結果可用于將專利情報作為文獻重點考察對象的技術研發。
2.3專利地圖的蘊涵要素
專利地圖根據不同的制作目標,可以分為專利管理地圖、專利技術地圖、專利權利地圖,不同類型的專利地圖具有不同的信息分析重點,三者結合起來,正是對專利文獻經濟、技術、法律信息的全面挖掘。而一項技術研發,除了了解技術信息外,還需要考慮市場前景等經濟信息以及研發侵權等法律信息,因此,專利地圖的蘊涵要素符合技術研發的基本要求。
2.4專利地圖解決的目標問題
從專利地圖的制作目標看,專利管理地圖主要解決技術發展趨勢、主要研發陣地、重要發明人、研發重點或熱點領域、技術進退等宏觀問題;專利技術地圖主要解決技術開發空間、技術競爭點、技術雷區、核心專利、關鍵專利、技術領先者、技術發展進程、技術未來發展趨勢等中宏觀問題;專利權利地圖主要明確權利范圍,針對競爭對手埋伏的技術地雷如何回避等微觀問題。從解決的問題看,研發人員可以利用專利地圖輔助確定研發方向、預測研發前景、啟迪研發思路、規避研發侵權,也有助于研發伙伴、研發人才的選取。
3 專利地圖在自主研發中的應用
專利地圖在企業中的應用,貫穿在整個研發過程中。不僅在立項階段、研究開發階段,而且在研發成果保護階段等都具有重要的應用價值。
3.1專利地圖在立項階段的應用
在立項階段,研發人員一般需要了解行業發展趨勢,選擇研發方向;收集同行的研發創意,獲取研發目標;并需進一步了解市場前景,如認為前景良好的,才會進一步設計方案,投入研發。以上關鍵問題均可利用專利地圖得以解決。
3.1.1利用宏觀趨勢地圖,選擇研發方向 立項中的首要問題是選擇研發方向。正確的研發方向,是研發的重中之重。如何選擇符合國情、適合實際情況的研發方向,對于企業發展相當重要。為了了解行業總體研發趨勢與方向,首先,可制作專利申請趨勢圖,了解該領域的研發投入趨勢及當前的投入狀況、研發熱度等;其次,可制作專利景觀圖,獲取不同時期行業的發展重點、熱點,特別是當前熱點;再次,可制作技術進退圖,從總體上了解近年該行業的新增技術及退出技術。對已退出的舊技術需慎重考慮,避免將行業即將淘汰的技術作為研發目標。另外,還可考察技術生命周期圖,了解某行業或領域當前處于何種發展階段、發展勢頭如何等。研發人員可利用上述一種或多種專利地圖,選擇確認研發方向。
3.1.2剖析競爭對手專利地圖,獲取研發創意 當研發人員確定研發方向后,即要著手為新產品開發收集創意線索。為此,我們可以通過分析技術領先者的專利地圖及其相關專利,獲取研發目標及創意。
剖析技術領先國家/競爭對手專利地圖。對于某一類技術、產品來說,總會存在技術較為領先的國家或競爭機構。對領先者專利地圖的剖析,是獲取研發線索的最直接有效的方法之一。在應用中,研發人員可以利用相關專利地圖篩選合適專利,分析專利全文,獲取研發目標,即具體的技術、產品類別或創意。具體可應用以下專利地圖,即可從IPC分布/趨勢圖體現的研發重點領域、技術演進圖展現的技術/產品的總體發展歷程及當前發展趨勢與熱點領域中,篩選合適專利;可以剖析技術進退圖提示的新增技術,啟迪研發創意,盡量避免將進退圖提示的退出技術作為研發目標。在專利引證圖應用中,特別要關注近年來高度被引的專利。引證率高的專利通常是行業中的重要專利,雖然不一定能產生直接的經濟效益,但必然有某種代表性,
這些專利可以成為獲取研發創意的重要線索之一。技術功效圖應用是研發人員獲取創意的重要途徑。其中,技術密集區屬競爭熱點區,該區域中的專利是獲取研發創意的重要對象,但要注意規避侵權。對于技術稀疏區或空白區,不能誤認為他人涉足較少或無人涉足,就心中竊喜,以為大有機會;或走另一極端,悲觀地認為他人不進我也不能進。對于這些區域,要充分考慮以下等問題:①技術本身是屬于先進技術,還是屬于已淘汰技術;②相關功效的實用性、實際價值、用戶接受度如何;③利用相關技術能否實現相關功效;④實際操作性如何;⑤是否有技術瓶頸;⑥市場前景如何等。
剖析重要發明人專利地圖。重要發明人的專利對于研發人員在選擇研發目標、獲取創意中具重要意義。當發明人專利數量很多時,如何快速有效地獲取其中有參考價值的專利,對研發人員來說,顯得特別重要。而發明人專利地圖的應用對此具有一定指導意義。重點可以利用發明人專利引證圖、專利技術功效圖。
在應用引證圖前,首先要確定擬考察的發明人,如核心發明人、關鍵發明人、重要產業發明人等,再制作其專利引證圖。一般來說,專利申請量大且引證率又高的發明人,一定是該領域的關鍵或者核心發明人;對于專利申請雖然不多,但引證率很高的發明人,很有可能屬于核心發明人;而對于引證率雖然較低,但專利申請量大的發明人,則很有可能為產業化技術發明人,其技術重要性也相當高。對上述發明人引證圖的應用,不僅要關注高度被引專利,同時也要關注一些引用專利,從中都可獲取啟迪創意的有用信息。另外,不同類型發明人專利引證圖的應用,可以獲取不同的信息。例如,從核心發明人引證圖中,可以獲取新產品更新換代信息;對關鍵發明人專利引證圖中相關專利的剖析,可以啟發解決技術瓶頸;產業化發明人專利引證圖中相關專利的剖析,可以為開拓不同性能、不同應用的新產品提供參考;而一般發明人的專利技術革新,有時也可以為新產品開發提供靈感或思路。
在專利技術功效圖應用中,可重點選取一些發明人制作功效圖,也可選擇某一重要發明人制作功效圖。在功效圖中,可以了解到重點研發領域,近年來其技術研發特點及其功效發展趨勢,剖析相關區域專利,可以獲取有借鑒價值的創意信息。
3.1.3利用專利地圖,預測研發前景 明確了研發目標和創意之后,研發人員還應對研發前景做到心中有數。研發前景如何,很大程度上反映于其市場前景。對市場前景的準確預測,可在某種程度上保證研發投入的未來產出。市場前景預測,一般可以利用趨勢圖、技術生命周期圖和主要國家/地區同族專利布局圖等。首先,可制作技術領域各類趨勢圖,如歷年專利申請量趨勢圖,申請人趨勢圖、IPC趨勢圖等,了解近年來該領域的研發趨勢或投入力度呈何種態勢,是上揚、平穩或下降。若總體呈上揚趨勢,則至少預示行業不處于衰退期,研發前景基本良好。其次,應制作技術生命周期圖,了解技術領域當前處于起步、發展、成熟、衰退、再發展等階段中的何種階段,若處于衰退期或再發展期,則要謹慎介入。再次,可制作該技術領域主要國家、地區或主要研發機構同族專利布局態勢圖。某一領域或專利的同族專利越多,意味著其受重視程度越高,預示研發前景良好。
在知識經濟時代,技術更新換代速度快,市場也同樣變幻莫測,研發前、研發中,均要做好市場現狀及前景考察,關注領域專利申請態勢變化,知己知彼,百戰不殆。
3.1.4利用專利地圖,確定研發側重 一般來講,任何技術隨著生命周期階段的變化,研發重點也應隨之變化。當企業經過上述一系列的調研,確認要投入研發后,還應制作技術生命周期圖進行對照分析,以明確階段研發側重,把握研發投入力度,這對企業發展至關作用。技術生命周期各階段的研發重點,如表1所示:
如果某項技術剛進入萌芽期,即起步階段,由于市場上對其未來發展趨勢仍不明朗,此時專利技術大多仍處于實驗室開發階段,尚未商品化,此階段企業在研發方面擬投入基礎研究、關鍵技術研究為主,一般不考慮產業化投入。發展階段主要形成產品專利,同時第一代商品問市,此時技術、產品研發空間較大,擬加大研發投入力度。如果技術發展進入成熟階段,意味著技術發展的空間比較小,企業在技術上取得突破存在較大難度,此階段的專利以產品改良型為主,此時的研發投入應著重考慮產品改良設計。技術衰退階段,雖然專利數量維持不變,但經市場淘汰,僅少數優勢廠商生存,商品型態固定,應慎重考慮研發投入,此時的研發以小幅改良為主。最后,技術是否能進入再發展階段,主要取決于是否有突破性創新技術為市場注入活力,此時研發投入的關鍵是看企業是否有能力進行技術的突破性研發,研發投入具有較大風險性。
3.2專利地圖在研發階段的應用
立項后,項目即進入研發階段。在該階段中,研發人員通常需要設計或調整研發方案、解決技術難題,改進技術等。專利地圖的應用,可成為解決以上問題的有效途徑。
3.2.1 指導方案設計 在技術方案設計中,研發人員可充分利用專利技術功效圖、專利引證圖、專利權利地圖等予以一定指導。
剖析專利技術功效圖。制作專利技術功效圖,是一種對專利技術內容進行深層次分析的有效方法。由于功效圖通過對該領域主要專利按照技術手段、技術功效兩個緯度進行聚類,從而一目了然地區分技術密集區、稀疏區、空白區。在方案設計指導中,應考慮不同區域的特點。密集區雖然技術相對比較成熟,但技術地雷多,因此對該區域的專利借鑒中應采取回避設計,尋找研究空間;此外,若該區域的專利未進入中國,或已經過了進入中國國家階段的時間,則該專利在中國不受保護,在中國境內可以利用,但不可輕易出口,以免侵權。技術稀疏區的專利比較少,研發人員一方面可以考慮改進已有專利,尋求研發空間;另一方面,要積極創新,從實現該區域目標功效出發,設計新的技術方案,盡早圈地。空白區的應用空間較大,研發人員可以大膽嘗試利用或改進該區域的相關技術,以實現相關功效。但研發前要仔細分析其實現可能性、技術瓶頸及市場前景等實際問題。
分析專利引證圖。可以對整個領域的專利制作引證圖,也可以對事先已確定好的范圍,如重點國家、機構、發明人的專利制作引證圖。通過引證圖,根據引證率及其引證關系,可以發現該領域的核心、關鍵及其專利。在應用中,可對目標專利制作權利地圖,以幫助分析。例如,改造或避開已有核心專利、關鍵專利,嘗試研發新一代核心、關鍵專利;回避專利的保護范圍,找出新的研發空間,以期形成自主知識產權技術或獲得交叉許可專利。
解析專利權利地圖。相比其他專利地圖,專利權利地圖屬于微觀專利地圖,在指導方案設計中,通常會對重要專利制作專利權利地圖。其中,權利要求要件圖以圖形化形式清楚地表達了一件專利的各獨立權利要求與從屬權利要求之間的關系,使得復雜的技術方案展示更直觀,能啟發創新思路。在方案設計中,可
以修改獨立權項,形成有望獲得自主知識產權的新方案。若修改從屬權項,則可形成交叉專利,但無自主知識產權。專利權利地圖中的另一重要地圖為權利范圍矩陣分析圖,清晰地展示了每一技術目標下的權利要求范圍,研發人員可以很方便地利用此圖進行研發方案的回避設計,即繞開目標專利權利保護范圍,設計新的方案。
3.2.2解決研發難題在研發過程中,研發人員會遇到各種難題,解決方法之一是查閱文獻。但對于檢索能力不太強的研發人員來說,專利地圖的利用可為其解決難題助一臂之力。例如,專利技術功效圖能呈現某技術發展過程中克服過的主要技術難題、技術瓶頸。若充分利用、剖析其中相同或類似技術專利,可啟發思路。又如,利用景觀圖在相關區域篩選同類技術專利,通過改進或部分利用,獲取解決方法。再如,利用專利引證圖,從引證關系的技術源頭中尋找幫助,從核心專利、關鍵專利的技術方案中尋求創新思路,從引用專利的技術改進中尋找啟迪。另外,也可以利用重要專利的權利,要求地圖為解決研發難題提供思路啟迪。
3.2.3指導技術改進技術改進也是研發中的常見問題。企業在實施中,一方面可以以功能改進為目標,如增加功能或改善功能。為此,研發人員可以利用專利技術功效圖,查看現有產品的主要功能、采用的技術手段,以判斷在現有功能基礎上,還可以增加何種功能;為達到這種功能,目前主要采用何種技術手段,研發人員可以此為基礎進行改造。另一方面,可以以現有技術手段為基礎,通過改進現有技術,改善功能。同時要結合相關專利的權利要求圖,主要為專利權利要求要件圖和專利要求范圍圖,使改進后的技術方案不落在相關專利的權利要求范圍之內。
3.2.4規避研發侵權在研發階段,技術方案、研發成果的侵權規避十分重要。目前,我國的技術創新以模仿創新、集成創新為主,因而研發人員尤其要注意規避研發侵權。首先,在技術方案設計中,若是參考他人專利方案的,要注意回避設計;若是自行設計的技術方案,最好進行主動侵權檢索,以規避侵權。
一般來說,企業在研發前、研發中或產品制造過程中都要重視回避設計。在實際應用中,要充分利用專利權利要求地圖,如專利權利要求要件圖、專利權利要求范圍圖等,使設計的技術方案避開在先專利的保護范圍。方法如:設法刪除競爭者權利要求中的組成部分及其功能,進行回避設計;選擇權利要求中較不重要的組成部分,并用一個實體上不同于該組成部分的新組成來替代,但又不是一種簡單替代;選擇競爭者權利要求中較不重要的組成部分并對其進行實體上的改變,從而達到采用不同技術手段等。
規避專利侵權是研發人員實時都要重視的問題,不僅要注意技術方案的回避設計,規避侵權,而且在研發中要及時研究競爭對手最新申請專利的專利權利要求地圖,特別當研發周期比較長時,更要經常關注競爭對手的專利申請動態,以避免研發成果將來實施侵權。
3.3專利地圖在研發成果保護中的應用
研究開發中,經常會創造出新技術,企業應及時采取合適途徑進行保護。即使是自身暫無產業化計劃,或者市場前景雖好但當前市場未顯現的技術方案,也應及時申請專利保護或者以論文等方式公開相關技術。否則,一旦競爭對手搶先就相關技術申請專利后,很可能使企業陷入被動局面。在專利申請中,研發人員應充分利用專利地圖,發揮指導作用。
利用技術生命周期圖,指導專利申請。申請專利前,研發人員應事先了解該技術處于技術生命周期的何種階段。若處于萌芽期,則以申請基礎專利為宜,盡量擴大保護范圍。若處于成長期,以申請產品專利或關鍵技術專利為主。若處于成熟期,此時該領域專利已比較多,專利申請要利用回避技巧,使技術方案具有專利性;在技術成熟階段,核心專利、關鍵專利的申請難度較大,但也可以申請專利,以期獲得交叉許可。當邁入衰退期時,已有產品與技術即將被淘汰,不宜再申請簡單改進的產品或技術專利。當進入再發展階段,申請的專利應當在技術上具有突破性。
利用專利權利要求圖,修正申請方案。專利權利要求圖對于完善專利申請方案,提高授權前景具有重要作用。當發現有與申請方案有一定相關度的專利,則應將申請方案與該專利的權利要求圖進行對比分析。若兩者相似度高,則應修改申請方案,以提高授權前景。若兩者屬一般相關性,則要進一步分析該專利與其他專利、論文或著作等結合,是否會影響該申請方案的創造性。若影響,則應修改方案。
利用專利技術功效圖,判斷授權前景。在申請專利保護時,可事先利用技術功效圖,初判授權前景。若擬申請方案落在空白區或稀疏區,一般來講授權前景比較良好;若擬申請方案落在密集區,則需要將申請方案與密集區中相關專利的權利要求圖進行對比,分析技術相關度,判斷授權前景。
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此外,傳統光學照相機的市場現狀也為數碼相機增添了信心。據不完全統計,傳統相機在2003年三、四月份銷售量下降比例達30%——40%,主要原因則是更多的消費者選擇了數碼相機。另據調查顯示,目前中國城市家庭擁有數碼相機的比例只有0.83%,而發達國家基本都在15%以上,看來,數碼相機的市場前景還是非常樂觀的。 眾廠商混戰數碼相機市場
以近50%速度增長的國內數碼相機市場無疑已成為眾多廠商新的奶酪,而前來爭奪的國外廠商既有來自傳統照相機領域的佳能、尼康、奧林巴斯、柯達、富士等,還有來自消費和IT制造領域的索尼、三星等。除此之外,眾多國產廠商的紛紛加盟也在數碼相機的熱潮涌動下更為引人注目。
這其中既有國內傳統IT廠商聯想、方正、清華紫光等,也有朝華科技、華旗、明基這樣的新興IT廠商,甚至一直在筆記本領域有著良好表現的京東方和老牌掃描儀生產商中晶科技也開始進軍數碼相機市場,而國內傳統相機制造商鳳凰、海鷗也不甘寂寞,積極地加入了這場爭奪戰。
除高速增長的吸引之外,現有廠商所取得的不錯業績更是直接地刺激著他們。權威市場調查機構IDC公布的2002年第三季度大陸市場數碼相機銷量數據顯示,索尼、聯想、佳能、方正、富士分列一到五位,國產品牌聯想和方正占據了其中的兩席。聯想和方正都是從2002年初才開始進軍數碼相機市場的,而短短幾個月時間所取得的成績確實讓大家眼紅,這使得在傳統PC領域遭遇冷落的眾多國產廠商,在數碼相機身上又找到了新的利潤增長點。
但不容忽視的現實是,與彩電、PC、手機在國內發展所走過的歷程一樣,數碼相機在國內的發展初期也面臨著國外品牌幾乎占據了全部市場的困局。
據對2001年國內數碼相機市場占有率的統計表明,95%以上的市場份額仍被國外品牌所占據,僅日本品牌就占到了70%以上。在全球范圍內,數碼相機市場幾乎由索尼、佳能和富士所主導,歐美廠商也難以與其相抗衡。而在國內市場,他們也早已做好了準備,等待與國產品牌的較量。國產廠商自然不甘示弱,在2002年,他們紛紛擴軍備戰。
6月1日,華旗資訊推出了兩款數碼相機,這是繼方正、紫光、朝華科技之后,國內IT廠商又一次涉足數碼相機市場。
7月2日,以優良的性能價格比在國際照相機市場聞名遐邇的上海海鷗牌照相機與臺灣明騰工業股份有限公司簽約結盟,使海鷗數碼相機繼續確保了高品質、低價位的競爭優勢。
7月24日,影像巨頭伊士曼柯達公司在京宣布,它已與北大方正電子有限公司結成戰略合作伙伴關系,共同開拓中國數碼相機市場。
8月8日,國內最大IT廠商聯想舉行會,正式宣布揮師數碼市場,隨后,筆記本廠商京東方和掃描儀生產商中晶科技也先后進入。
看來,數碼相機領域內一場注定的國外品牌與國產廠商的斗爭正逐漸升溫,并呈愈演愈烈之勢。 國產品牌的魅力與差異
聯想和方正躋身前五名的排名表明,以此為代表的國產品牌在與國外品牌的抗衡中已初戰告捷,究其原因,或許就在于國產品牌對于中國普通家庭用戶需求的準確把握。
隨著數碼相機的逐步普及,普通家庭已漸漸成為其市場需求最大的潛在客戶群。但國外品牌更為關注的是專業級高端產品,因為高端產品帶來的是高利潤,而這卻為國產品牌進入家庭用戶留下了空檔;同時,國產品牌由于受技術水平等限制,產品也只能局限于入門級或中低端產品。由此,國產品牌順勢之需,在加大新品推出力度的同時,通過針對性的營銷策略和低端產品的價格優勢,很快地打開了市場。而在產品策略的制定上,與國外廠商的高端、專業化路線相比,國產品牌簡單、實用的風格就更適合于普通老百姓。
雖然通過產品結構差異,國產品牌取得了初期的勝利,但較之國外品牌,差距依然是明顯的。
僅從產品結構來說,它在使目前國產廠商獲利的同時,也使產品主要集中在中低端市場,高端產品雖然有一兩家涉足,但欲與國外品牌如佳能、索尼等抗衡,還相差甚遠。而產品結構差異所帶來的明顯表現,就是對利潤的直接影響,中低端市場盡管能使廠商的市場占有率提高,但在品牌形象、利潤貢獻方面顯然不如高端產品,如,同樣銷售一臺數碼相機,國外品牌的高端產品獲取的利潤肯定要比國產品牌高得多,而且在我們銷售的同時,還會有不少專利許可費用或技術轉讓費用被國外廠商攫走,因此,單純只看市場占有率,在某種程度上并不能說明問題。
此外,國外品牌也逐漸意識到中低端市場被國產品牌占據的威脅,眾多廠商如索尼、富士、佳能、奧林巴斯等也隨之推出了相應的中低端產品。面對國外品牌不斷地延伸和補充自身的產品線,國產廠商也及時地作出了反應,方正科技已重新調整了策略,開始推出面向主流市場的產品,同時聯想的產品線也在開始向高端拓展,但迫于在技術、生產能力等諸多方面的限制,國產廠商更多的只能是苦笑應對。 核心技術的制約
在數碼相機的核心技術上,此前就已經暴露出專利危機。曾有消息透露,由于中國數碼相機市場的快速增長,日本廠商有意聯合起來向國內廠商征收專利費。盡管到目前為止,國內還沒有關于數碼相機專利侵權問題的出現,但其核心技術掌握在國外廠商手中卻是不爭的事實。有專家曾說“回去埋頭苦干十年再來”,這形象地說明了國產數碼相機廠商在核心技術上缺乏的現狀及與國外廠商的差距。目前,數碼相機的一些主要專利已基本上被索尼、富士膠卷等為代表的日本廠商和以施樂、柯達為代表的美國廠商分別擁有。如柯達的優勢主要集中于色彩技術的三個方面—曝光、白平衡和色彩重現,這也是柯達所擁有的專利中最關鍵的技術。CCD技術目前則掌握在索尼、富士、柯達等廠商手中,而這些廠商在光學領域卻又缺乏技術優勢,奧林巴斯光學工業則是這方面的強手。
當然,數碼相機的專利壁壘還有存儲卡,但其相關技術均在國外廠商手中,國內廠商若要使用,則必須購買,而昂貴的價格使得國內廠商只能使用低容量的存儲卡。
由于光學鏡頭技術和CCD、CMOS等關鍵技術掌握在少數國外品牌手中,而通過核心技術,他們很容易確保其領先優勢,主導市場也就成為必然。反之,國產相機由于缺乏核心技術支持,成本始終難以下降,價格亦處于“跟風”狀態,生產的相機規格也不占主流。坦率地說,到目前為止,仍很難看到國產品牌對國外品牌所形成的真正競爭壓力。 制造優勢盡失
勿容置疑,國產品牌大多采用的OEM形式,使其浪費了中國大陸低廉的制造成本和本土化運作優勢等這些最大資源,而由于沒有建立自己的工廠,以及缺少前期的必要積累,所以也就失去了更多的贏利空間。然而,越來越多的國外品牌卻早已覬覦大陸的資源了。
富士是最早在國內設立數碼相機生產廠的,也可以說它是目前大陸化生產數碼相機最多的廠商,其在蘇州和天津都設有生產線,尤以蘇州生產基地為主,富士蘇州整機組裝工廠的年產能已達到100萬臺。
2001年6月,日本佳能在蘇州投資1億美元設立了3家公司,以將蘇州工廠建成其在亞洲的核心生產基地。佳能也是數碼相機大陸造的積極響應者,其在東莞、珠海和蘇州都設有工廠,制造光學相機的同時也生產數碼相機。
2002年4月,奧林巴斯株式會社宣布將原設在香港的亞太區總部正式遷到深圳,同時還將追加投資4500萬美元,以在此打造高級相機和數碼相機的世界性基地。5月21日,奧林巴斯光學工業宣布將三分之一的數碼相機生產轉移到中國。奧林巴斯在深圳、廣東省番禹、北京三地建有工廠,其中在深圳和番禹生產數碼相機,如今這兩工廠的生產總和已達到月產約20萬部,這使得奧林巴斯在中國的生產規模得以迅速提高。
據預測,2003年全球50%的數碼相機都將貼有“Made In China”的標志。盡管中國已逐漸發展成為世界數碼相機的制造基地,但獲利最多的卻是眾多的國外品牌——中國大陸低廉的制造成本使得國外品牌除了產品本身的優勢外,又具有了價格上的競爭力,同時,本土化運作也大大加強了他們與國產廠商的競爭力。 價格戰的空間
對于失去了核心技術和制造這兩大優勢的國產品牌而言,在應對國外廠商的競爭時,擺在他們面前的依然是一條老路—價格戰。
2002年,聯想正是通過千元左右的中低端產品殺入市場,并贏得先機。如今,2000元以下的數碼相機遍地都是。
2003年五一期間,聯想和方正又紛紛拿起了價格武器。方正將旗下一款功能全面的數碼相機價格定在了999元;而聯想的降價幅度甚至高達50%,其中一款130萬像素的相機由原來的999元降至499元,另一款220萬像素變焦數碼相機則首次突破1500元大關。日前,聯想又將旗下兩款主力產品價格降到2000元以下,并首次將300萬像素、3倍光學變焦的數碼相機價格降到1700元以內。
在經歷國產品牌的沖擊后,國外品牌顯然已經注意到了價格對市場的影響力,同時,經過高端市場的拼殺,眾多國外巨頭突然發現,300萬像素的中端市場才是市場的主流,而中低端市場已經被國內品牌所占據。為了重奪市場,國外品牌也紛紛發起了攻擊,他們采取的同樣是價格戰——這也是國外巨頭第一次通過價格戰的方式應對國內廠商的挑戰。
導火索是索尼將其主打F717產品的價格降到了國內“水貨”產品的價格檔次上,這引起了市場的軒然大波,三星、富士紛紛做出回應。
首先是富士將一款320萬像素、6倍光學變焦產品價格調整到3360元,同時還贈送價值450元的存儲卡和優惠數碼沖印券。
接下來,三星將一款330萬像素數碼相機的價格從3900元降至3480元,并贈送存儲卡和電池;奧林巴斯將一款300萬像素的產品從3900元降到2950元,贈送一個價值550元的相機底座;柯達將一款有效像素387萬的產品從上市初期的4250元調整到了3400元……
顯然,價格戰已不再是國產品牌的制勝法寶,國外品牌在不斷實施本土化運作后,也逐漸擁有了更多的價格戰空間,而這對國產廠商來說,無疑是更為嚴峻的挑戰。同時,隨著價格戰的不斷推進,未來價格戰的空間只會越來越小,隨之而來的便是行業洗牌。所以,打破核心技術制約國產品牌發展的瓶頸已是迫在眉睫了。
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“把握大勢、堅定信心,在強化招商引資共識上實現新突破。沒有大投入,就沒有大產出;沒有大招商,就沒有大發展。”這是昆明市委書記仇和在2010年昆明市招商引資動員大會上說的話。
在第18屆昆交會上,昆明市的42個重點招商引資項目可謂異彩紛呈。這些項目分布在盤龍區、官渡區、高新區、經開區及昆明周邊安寧、祿勸、嵩明、晉寧、尋甸等地,一亮相昆交會,就吸引了眾多外來投資者的目光。
新興產業高調現昆明
基因芯片產業、改性HDS磷酸鋅項目、中小企業科技孵化基地建設工程、主動式OLED顯示器產業化建設項目、光電生產基地擴建項目、年產10萬噸離子膜燒堿項目、年產10萬噸PVC樹脂項目、盤龍區乘龍農業科技示范園區建設項目、安寧市現代農業科技示范園區建設項目、祿勸縣元明粉加工生產項目……這一系列的高新科技產業發展類項目遍布于昆明市區及周邊各個地區,與《昆明市“十二五”工業發展規劃綱要》相對應,本次昆交會上重點推出的十多個高科技產業發展類招商引資項目,勾勒出昆明“工業強市”發展戰略的美麗藍圖。
眾多的高科技產業發展項目中,一些新興的高科技產業亮點頻呈,其中基因芯片產業就是一門新興產業。其融合了20世紀90年代人類基因組計劃和相關微電子微加工等新興技術,在醫療診斷、新藥篩選、生物基因多態性研究、功能基因的研究等多個領域都能夠發揮重要作用;主動式OLED顯示器產業化建設項目則使用了世界先進的有機鍍膜技術,投產后預計能夠達到年產45萬片的產量;而民用光學夜視儀一直是全國乃至世界的一個空白,目前為止全世界生產夜視儀的企業也僅有5家左右。這些項目的發展在巨大的市場潛力下將有望拉動昆明整個高新技術行業的發展,也將有望成為昆明經濟的一個新增長點,為昆明創造良好的經濟效益。
同時,還有很多農林副食品產業的招商引資項目也在本屆昆交會上亮相。昆明市盤龍區和經濟技術開發區,以及祿勸、嵩明、安寧、晉寧、尋甸、呈貢等幾縣的投資項目,涵蓋了農林木材加工、現代農業科技園、糧食、肉制品、乳制品、生物制藥和農副產品,以及斗南花卉產業園區等13個招商引資項目。
其中,嵩明、晉寧兩地的大發展、大投資,也為昆明的產業發展類投資增添了濃墨重彩的筆畫。據介紹,屬昆明第二大壩子的嵩明,年糧食總產量10萬噸,已定位昆明市衛星城,預計到“十二五”末,嵩明楊林工業園區將新增就業人員10萬人,楊林職教園區將增加人員10萬人,全縣非農業人口預計將達到30萬人,糧食消費量逐年增加。特別是隨著昆明國際機場的建設,嵩明迎來了千載難逢的發展機遇,圍繞機場發展加工、物流業市場前景廣闊;而地處滇池南岸的晉寧,是新昆明規劃建設的南城區、西城區所在地,本次共有包括干果加工、肉食品加工、農產品加工以及乳制品加工的四個投資項目亮相昆交會。而位于昆明市郊滇池之濱的斗南花卉產業園區建設項目也將帶動云南省花卉產業的大發展。
旅游產業大有可觀
云南省一直都是旅游資源大省,作為省會的“春城”昆明更是一直吸引著眾多旅游者、投資商們的目光。而亮相本次昆交會的8個昆明市旅游發展項目,也成為眾多投資項目中的一抹亮色。
濕地、峽谷風光、極地海洋世界、國家級旅游度假區、大型水上娛樂場:眾多吸引人眼球的旅游項目就分布在昆明市境內以及周邊幾個縣區,廣闊的旅游市場空間將為云南省的旅游產業錦上添花。
位于昆明市官渡區的五甲塘濕地項目是知名云南省內外的濕地保護典范,建成后將成為昆明市新的旅游亮點;祿勸縣普渡河的峽谷風光及地熱溫泉開發項目則集溫泉開發、旅游觀光、運動康療和休閑度假為一體,將建成一個全方位、多功能、多層次的溫泉旅游度假區;而位于滇池的極地海洋世界建設項目則將填補昆明市乃至整個云南省旅游市場此類項目的空白,成為云南旅游產業中惟一一個集主題度假娛樂、海洋生物展示、科普教育為一體的高端旅游項目;安寧市的牧羊湖大型水上娛樂場項目也有廣闊的市場前景,將彌補擁有天然地熱資源的安寧在水上娛樂項目方面的空隙;昆明市大觀公園西區的游樂設施項目則將提升大觀樓區域的游樂服務功能……
旅游項目大投資、大發展的春城,可謂大有可觀。
基礎工程、文化產業齊頭并進
昆明市自從定位“橋頭堡”城市以來,基礎設施建設開展得轟轟烈烈,而本次昆交會上亮相的幾個重點工程建設投資項目也將助推昆明市提升城市功能和形象,進一步改善人居環境,鞏固“橋頭堡”昆明的大發展。
官渡區關上東路、官渡區支105號路、官渡區東華東路幾條道路的建設改造,將進一步完善昆明路網系統的建設;220KV車家壁變電站的建設、昆明呈貢新城白龍潭入滇河道環境工程的建設,以及大新冊區城中村改造等建設項目則將進一步促進昆明的經濟和社會協調發展,構建和諧昆明,加快現代新昆明的建設。
值得關注的是,一部動漫影視片《海鷗部落》也將對外招商,并以此為春城昆明打造一張特殊的“生態名片”,在更為廣闊的空間里,為春城昆明和善良好客的昆明人展示風采。相信這張“生態名片”將進一步推動和促進春城昆明的旅游產業和文化產業,也將助推昆明的環境保護和城市建設取得更大發展。
篇7
隨著對能源需求的增長,以及對全球變暖的擔憂,再生能源如風能、太陽能、地熱能等清潔能源的地位也越來越重要。在太陽能發電的應用中,最大的挑戰就是降低成本,使其能與傳統發電的價格相當。近幾年,太陽能發電產業得到長足進展,價格也在逐年降低,單晶硅、多晶硅太陽能電池占了約90%的市場。薄膜電池工業已大規模興起,非晶硅電池是其中最重要的一種,它具有很大降低成本的潛力,具有廣闊的市場前景。目前,世界各大廠家包括太陽能電池廠、透明導電板廠都在這方面進行研究,但低成本、大規模提高透明導電膜性能的技術仍未完全掌握,產品還沒出現。
郭射宇在薄膜表面處理領域已有近20年的研究經驗,在硅薄膜太陽能電池研究領域也有8年的工作研究經歷,掌握了一套獨特的鍍膜技術。在中科院等離子體物理研究所工作期間,他參與高科技開發公司的創立和開發工作,并擔任研發部經理,研制的半導體芯片電子回旋共振等離子體刻蝕機,達到了當時的國內最先進水平,并榮獲中科院科技進步二等獎。在美國EPV太陽能公司工作期間,作為領銜科學家,他負責“線性空心陰極、脈沖源的化學反應濺射”的研發(美國國家高級技術項目)。這一技術成功避免了傳統磁控濺射里的靶中毒現象,使得化學反應濺射可以有高的薄膜沉積速率、穩定的放電、低離子損傷以及高靶材利用率,應用這一方法,獲取了各種高質量復合膜,并成功地將這一技術應用于非晶硅和銅銦硒太陽能電池,第一次提出了鈦摻雜氧化銦的方法,取得了世界上目前應用濺射方法獲取透明導電膜里最高的電子遷移率紀錄。美國國家再生能源實驗室也引用此理念獲得了高電子遷移率,為下一代高性能透明導電膜的發展提供了科學方法.其研究成果被許多文獻引用.并被收錄在日本關于世界太陽能新進展的2005年總結報告中。
該項目的技術路線就是應用先進的濺射鍍膜方法,在透明導電板上鍍一層適合提高太陽能電池效率的薄膜,這層膜能幫助非晶硅/微晶體硅太陽能電池減少光學損失,提高輸出電壓,從而增加電池的效率。相比傳統的磁控濺射鍍膜方法,采用的新方法具有無濺射靶中毒的優越性,反應氣體不接觸靶材料,并且不需要高真空,不需要磁場約束等離子體,不存在高能離子對薄膜損傷的優點。這些特征使得這一過程容易控制,重復性好,成本低,非常適用于反應濺射鍍膜。
推動再生能源(太陽能)的應用,研究提高效率和降低成本的方法,郭射宇為董事長的蘇州羿日新能源有限公司在此形勢下應運而生。企業的戰略目標是:應用世界上最先進的技術方法,為非晶硅/微晶硅太陽能電池的生產廠家提供高品質的透明導電板。第一階段目標是自公司成立起,在一年半時間里,建起第一條試生產線,能支持5-8MW非晶硅太陽能電池所需的高質量透明導電板;第二階段目標是在3年時間里建起20條生產線,能滿足100MW非晶硅對透明導電板的需要;第三階段是在5年里能生產出滿足500MW對高質量透明導電板的需求。
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近日,以“跨越奇點 預見未來”為主題的2016虛擬現實技術創新及產業發展大會在北京國家會議中心召開,大會由中國光學工程學會聯合多家權威機構聯合主辦,旨在推動國內外虛擬現實及相關技術的交流與合作,促進我國虛擬現技術及產業的創新發展。大會旨在為國內外虛擬現實、3D成像與顯示等領域的相關企業、科研機構、廣大用戶之間搭建一個共同交流、合作、發展的權威性的專業平臺。通過全方位展示前沿技術、產品設備及優秀集成案例的真實體驗,以推動全球虛擬現實與3D成像與顯示科技的進步及行業應用的深入拓展。
VR市場前景可觀
過去的兩年,虛擬現實、增強現實迅速進入大眾視野,成為舉世關注的一項熱門技術,許多IT巨頭將虛擬現實視為下一代計算平臺,陸續推出自己的虛擬現實和增強現實創新產品,或者通過并購和投資虛擬現實創新公司及其布局虛擬現實業務展開搶占虛擬現實產業制高點的激烈競爭,要占領大眾消費市場。
Gartner預計,2018年年底VR設備銷量將達2500萬臺。市場普遍認為,伴隨面向消費市場的硬件和內容的批量上市,2016年VR行業有望迎來爆發。多家巨頭在CES和MWC中屢出新品就是一個特別的信號。預計到2020年,全球頭戴VR設備年銷量將達4000萬臺左右,市場規模約400億元,加上內容服務和企業級應用,市場容量超過千億元。
工信部軟件與集成電路促控中心、云計算研究中心主任楊東日在致辭中表示,未來VR將對影視、醫療、教育等等方面產生眾多重要的影響。“為了搶奪未來全球VR生態發展的制高點,我們要加快提升技術創新,尤其是核心關鍵技術和產品研發能力。”要加快提升技術創新能力、夯實產業基礎,進一步拓展應用場景,特別是提高核心關鍵技術和產品研發能力,如芯片、傳感器、數據處理、光學技術等,通過大力推動技術、產業資本的融合構建持續健康的發展之路。同時,加快推動行業政策相關標準的政策工作,為我國虛擬工作的發展提供政策保障。
VR產品各放異彩
縱觀科技發展,從大型機到PC再到智能手機,人機交互在不斷升級,VR的創新將推動人機交互邁入全新的發展階段。
臉書、谷歌、微軟等科技巨頭已經在 VR領域重金布局,而VR技術的應用在游戲、影音、直播等泛娛樂領域率先興起。據平安證券研究報告測算,全球VR游戲市場未來3年的盈利空間分別為12億美元、23億美元和52億美元,每年呈現爆發式增長。虛擬現實將是不亞于移動互聯網的另一個萬億級市場。
2014年3月,臉書創始人扎克伯格以20億美元收購了VR設備制造商“眼睛”,并創想了VR技術的未來――將“眼睛”拓展到游戲以外的業務,將其打造成提 供其他多種體驗的一個平臺。想象一下,人們只需要在家里安裝這樣一臺設備,便可以足不出戶地在各個VR場景中穿梭:時而在足球場上觀看比賽,時而在教室里 與來自世界各地的學生們一起學習,時而在診室里與醫生面對面咨詢。該事件在業內受到極大關注,其主要原因就是扎克伯格將實現VR技術的落地,使得消費者能夠在日常生活中體驗該技術。
而國內的VR產品也愈加豐富多彩。如果把VR終端設備分為輸入和輸出設備,輸入設備包括內容制作的全景拍攝相機、手勢識別和動作捕捉設備等,輸出設備主要為VR頭盔,包括與PC、主機相連的VR設備(Oculus、HTC Vive、PlayStation),手機盒子設備(Gear VR)以及一體機設備。虛擬現實作為新的應用領域,硬件、算法和內容的共同進步才能促進行業的長期發展。
VR發展需冷靜對待
大會主席、北京航空航天大學趙沁平院士認為,虛擬現實是一項可能的顛覆性技術,是未來互聯網的入口和交互環境。經過幾年的發展虛擬現實已經成為支撐各技術發展的新的現實平臺,虛擬現實可以推動許多行業實現升級換代式的發展。虛擬現實渴望形成大眾消費的新領域和新的虛擬現實層面。比如虛擬現實人機交互設備產業、行業環境產業、平臺軟件與嵌入式系統產業、網絡虛擬現實產業和虛擬現實服務產業等。“虛擬現實具有巨大的發展潛力與空間,是一個非常好的契機。能讓我們有機會在虛擬現實技術領域走在世界的前沿。”
然而,在掌網科技CEO李煒看來,VR現在面臨的最大問題是沒有一個統一的標準,每個VR從業者都有自己的標準。比如每個硬件廠商它的屏、處理器用的都不一樣,所有的內容生產者沒有辦法根據統一的標準生產內容,造成內容開發者都傾向像大的公司OCULUS靠攏,最后變成廠商的產品不能有多少適配的內容,從而使得國內的VR產業受制于國外的大企業。
對于當前的VR熱,三行資本合伙人陸海表示,不同產業爆發期是不一樣的,對于投資者來說,VR是一個長期值得關注的領域,VR要在更大層面普及,可能在裝備、基礎設施上還需要進一步的改善。北京大學信息科學技術學院教授查紅彬表示,現在確實是個VR的,形勢看起來很好但是大家千萬不能太過熱了,該冷靜的時候要冷靜。VR技術跟以前很多IT技術是不一樣的,VR里面很重要的節點是人,必須人感受它,必須人完全沉浸到當中去,一旦牽扯到人,整個技術環節跟以前不一樣了,所以要冷靜。
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篇9
關鍵詞:超硬材料薄膜;研究進展;工業化應用
1超硬薄膜
超硬薄膜是指維氏硬度在40GPa以上的硬質薄膜。不久以前還只有金剛石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能夠達到這個標準,前者的硬度為50-100GPa(與晶體取向有關),后者的硬度為50~80GPa。類金剛石膜(DLC)的硬度范圍視制備方法和工藝不同可在10GPa~60GPa的寬廣范圍內變動。因此一些硬度很高的類金剛石膜(如采用真空磁過濾電弧離子鍍技術制備的類金剛石膜(也叫Ta:C))也可歸人超硬薄膜行列。近年來出現的碳氮膜(CNx)雖然沒有像Cohen等預測的晶態β-C3N4那樣超過金剛石的硬度,但已有的研究結果表明其硬度可達10GPa~50GPa,因此也歸人超硬薄膜一類。上述幾種超硬薄膜材料具有一個相同的特征,他們的禁帶寬度都很大,都具有優秀的半導體性質,因此也叫做寬禁帶半導體薄膜。SiC和GaN薄膜也是優秀的寬禁帶半導體材料,但它們的硬度都低于40GPa,因此不屬于超硬薄膜。
最近出現的一類超硬薄膜材料與上述寬禁帶半導體薄膜完全不同,他們是由納米厚度的普通的硬質薄膜組成的多層膜材料。盡管每一層薄膜的硬度都沒有達到超硬的標準,但由它們組成的納米復合多層膜卻顯示了超硬的特性。此外,由納米晶粒復合的TiN/SiNx薄膜的硬度竟然高達105GPa,創紀錄地達到了金剛石的硬度。
本文將就上述幾種超硬薄膜材料一一進行簡略介紹,并對其工業化應用前景進行評述。
2金剛石膜
2.1金剛石膜的性質
金剛石膜從20世紀80年代初開始,一直受到世界各國的廣泛重視,并曾于20世紀80年代中葉至90年代末形成了一個全球范圍的研究熱潮(Diamondfever)。這是因為金剛石除具有無與倫比的高硬度和高彈性模量之外,還具有極其優異的電學(電子學)、光學、熱學、聲學、電化學性能(見表1)和極佳的化學穩定性。大顆粒天然金剛石單晶(鉆石)在自然界中十分稀少,價格極其昂貴。而采用高溫高壓方法人工合成的工業金剛石大都是粒度較小的粉末狀的產品,只能用作磨料和工具(包括金剛石燒結體和聚晶金剛石(PCD)制品)。而采用化學氣相沉積(CVD)方法制備的金剛石膜則提供了利用金剛石所有優異物理化學性能的可能性。經過20余年的努力,化學氣相沉積金剛石膜已經在幾乎所有的物理化學性質方面和最高質量的IIa型天然金剛石晶體(寶石級)相比美(見表1)。化學氣相沉積金剛石膜的研究已經進人工業化應用階段。
表1金剛石膜的性質
Table1Propertiesofchamondfilm
CVD金剛石膜
天然金剛石
點陣常數(Å)
3.567
3.567
密度(g/cm3)
3.51
3.515
比熱Cp(J/mol,(at300K))
6.195
6.195
彈性模量(GPa)
910-1250
1220*
硬度(GPa)
50-100
57-100*
縱波聲速(m/s)
18200
摩擦系數
0.05-0.15
0.05-0.15
熱膨脹系數(×10-6℃-1)
2.0
1.1***
熱導率(W/cm.k)
21
22*
禁帶寬度(eV)
5.45
5.45
電阻率(Ω.cm)
1012-1016
1016
飽和電子速度(×107cms-1)
2.7
2.7*
載流子遷移率(cm2/Vs)
電子
1350-1500
2200**
空隙
480
1600*
擊穿場強(×105V/cm)
100
介電常數
5.6
5.5
光學吸收邊(m)
0.22
折射率(10.6m)
2.34-2.42
2.42
光學透過范圍
從紫外直至遠紅外(雷達波)
從紫外直至遠紅外(雷達波)
微波介電損耗(tan)
<0.0001
注:*在所有已知物質中占第一,**在所有物質中占第二,***與茵瓦(Invar)合金相當。
2.2金剛石膜的制備方法
化學氣相沉積金剛石所依據的化學反應基于碳氫化合物(如甲烷)的裂解,如:
熱高溫、等離子體
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g)(1)
實際的沉積過程非常復雜,至今尚未完全明了。但金剛石膜沉積至少需要兩個必要的條件:(1)含碳氣源的活化;(2)在沉積氣氛中存在足夠數量的原子氫。除甲烷外,還可采用大量其它含碳物質作為沉積金剛石膜的前驅體,如脂肪族和芳香族碳氫化合物,乙醇,酮,以及固態聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯),以及鹵素等等。
常用的沉積方法有四種:(1)熱絲CVD;(2)微波等離子體CVD;(3)直流電弧等離子體噴射(DCArcPlasmaJet);(4)燃燒火焰沉積。在這幾種沉積方法中,改進的熱絲CVD(EACVD)設備和工藝比較簡單,穩定性較好,易于放大,比較適合于金剛石自支撐膜的工業化生產。但由于易受燈絲污染和氣體活化溫度較低的原因,不適合于極高質量金剛石膜(如光學級金剛石膜)的制備。微波等離子體CVD是一種無電極放電的等離子體增強化學氣相沉積工藝,等離子體與沉積腔體沒有接觸,放電非常穩定,因此特別適合于高質量金剛石薄膜(涂層)的制備。微波等離子體CVD的缺點是沉積速率較低,設備昂貴,制備成本較高。采用高功率微波等離子體CVD系統(目前國外設備最高功率為75千瓦,國內為5千瓦),也可實現金剛石膜大面積、高質量、高速沉積。但高功率設備價格極其昂貴(超過100萬美元),即使在國外愿意出此天價購買這種設備的人也不多。直流電弧等離子體噴射(DCArcP1asmaJet)是一種金剛石膜高速沉積方法。由于電弧等離子體能夠達到非常高的溫度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉積方法都要高的原子氫濃度,使其成為一種金剛石膜高質量高速沉積工藝。特殊設計的高功率JET可以實現大面積極高質量(光學級)金剛石自支撐膜的高速沉積。我國在863計劃"75”和"95”重大關鍵技術項目的支持下已經建立具有我國特色和獨立知識產權的高功率DeArePlasmaJet金剛石膜沉積系統,并于1997年底在大面積光學級金剛石膜的制備技術方面取得了突破性進展。目前已接近國外先進水平。
2.3金剛石膜研究現狀和工業化應用
20余年來,CVD金剛石膜研究已經取得了非常大的進展。金剛石膜的內在質量已經全面達到最高質量的天然IIa型金剛石單晶的水平(見表1)。在金剛石膜工具應用和熱學應用(熱沉)方面已經實現了,產業化,一些新型的金剛石膜高技術企業已經在國內外開始出現。光學(主要是軍事光學)應用已經接近產業化應用水平。金剛石膜場發射和真空微電子器件、聲表面波器件(SAW)、抗輻射電子器件(如SOD器件)、一些基于金剛石膜的探側器和傳感器和金剛石膜的電化學應用等已經接近實用化。由于大面積單晶異質外延一直沒有取得實質性進展,n一型摻雜也依然不夠理想,金剛石膜的高溫半導體器件的研發受到嚴重障礙。但是,近年來采用大尺寸高溫高壓合成金剛石單晶襯底的金剛石同質外延技術取得了顯著進展,已經達到了研制芯片級尺寸襯底的要求。金剛石高溫半導體芯片即將問世。
鑒于篇幅限制,及本文關于超硬薄膜介紹的宗旨,下面將僅對金剛石膜的工具(摩擦磨損)應用進行簡要介紹。
2.4金剛石膜工具和摩擦磨損應用
金剛石膜所具有的最高硬度、最高熱導率、極低摩擦系數、很高的機械強度和良好化學穩定性的異性能組合(見表1)使其成為最理想的工具和工具涂層材料。
金剛石膜工具可分為金剛石厚膜工具和金剛石薄膜涂層工具。
2.4.1金剛石厚膜工具
金剛石厚膜工具采用無襯底金剛石白支撐膜(厚度一般為0.5mm~2mm)作為原材料。目前已經上市的產品有:金剛石厚膜焊接工具、金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜砂輪修整條、高精度金剛石膜軸承支架等等。
金剛石厚膜焊接工具的制作工藝為:金剛石自支撐膜沉積激光切割真空釬焊高頻焊接精整。金剛石厚膜釬焊工具的使用性能遠遠優于PCD,可用于各種難加工材料,包括高硅鋁合金和各種有色金屬及合金、復合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金屬材料等的高效、精密加工。采用金剛石厚膜工具車削加工的高硅鋁合金表面光潔度可達V12以上,可代替昂貴的天然金剛石刀具進行“鏡面加工"。金剛石膜拉絲模芯可用于拉制各種有色金屬和不銹鋼絲,由于金剛石膜是準各向同性的,因此在拉絲時模孔的磨損基本上是均勻的,不像天然金剛石拉絲模芯那樣模孔的形狀會由于非均勻磨損(各向異性所致)而發生畸變。金剛石膜修整條則廣泛用于機械制造行業,用作精密磨削砂輪的修整,代替價格昂貴的天然金剛石修整條。這些產品已經在國內外市場上出現,但目前的規模還不大。其原因是:(1)還沒有為廣大用戶所熟悉、了解;(2)面臨其它產品(主要是PCD)的競爭;(3)雖然比天然金剛石產品便宜,但成本(包括金剛石自支撐膜的制備和加工成本)仍然較高,在和PCD競爭時的優勢受到一定的限制。
高熱導率(≥10W/em.K)金剛石自支撐膜可作為諸如高功率激光二極管陣列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三維集成)技術的散熱片(熱沉)和功率半導體器件(PowerICs)的封裝。在國外已有一定市場規模。
在國內,南京天地集團公司和北京人工晶體研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金剛石公司,生產和銷售金剛石膜拉絲模芯、金剛石膜修整條和金剛石厚膜焊接工具及其它一些金剛石膜產品。該公司大約在2000年左右渡過了盈虧平衡點,但目前的規模仍然不很大。國內其它一些單位,如北京科技大學、河北省科學院(北京科技大學的合作者)、吉林大學、核工業部九院、浙江大學、湖南大學等都具有生產金剛石厚膜工具產品的能力,其中有些單位正在國內市場上小批量銷售其產品。
.4.2金剛石薄膜涂層工具
金剛石薄膜涂層工具一般采用硬質合金工具作為襯底,金剛石膜涂層的厚度一般小于30lxm。金剛石薄膜涂層硬質合金工具的加工材料范圍和金剛石厚膜工具完全相同,在切削高硅鋁合金時一般均比未涂層硬質合金工具壽命提高lO~20倍左右。在切削復合材料等極難加工材料時壽命提高幅度更大。金剛石薄膜涂層工具的性能與PCD相當或略高于PCD,但制備成本比PCD低得多,且金剛石薄膜可以在幾乎任意形狀的工具襯底上沉積,PCD則只能制作簡單形狀的工具。金剛石薄膜涂層工具的另一大優點是可以大批量生產,因此成本很低,具有非常好的市場競爭能力。
金剛石薄膜涂層硬質合金工具研發的一大技術障礙是金剛石膜與硬質合金的結合力太差。這主要是由于作為硬質合金粘接劑的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度,因此金剛石在Co上形核孕育期很長,同時Co對于石墨的形成有明顯的促進作用,因此金剛石是在表面上形成的石墨層上面形核和生長,導致金剛石膜和硬質合金襯底的結合力極差。在20世紀80年代和90年代無數研究者曾為此嘗試了幾乎一切可以想到的辦法,今天,金剛石膜與硬質合金工具襯底結合力差的問題已經基本解決。盡管仍有繼續提高的余地,但已經可以滿足工業化應用的要求。在20世紀后期,國外出現了可以用于金剛石薄膜涂層工具大批量工業化生產的設備,一次可以沉積數百只硬質合金鉆頭或刀片,拉開了金剛石薄膜涂層工具產業化的序幕。一些專門從事金剛石膜涂層工具生產的公司在國外相繼出現。
目前,金剛石薄膜涂層工具主要上市產品包括:金剛石膜涂層硬質合金車刀、銑刀、麻花鉆頭、端銑刀等等。從目前國外市場的銷售情況來看,銷售量最大的是端銑刀、鉆頭和銑刀。大量用于加工復合材料和汽車工業中廣泛應用的大型石墨模具,以及其它難加工材料的加工。可轉位金剛石膜涂層車刀的銷售情況目前并不理想。這是因為可轉位金剛石膜涂層刀片的市場主要是現代化汽車工業的數控加工中心,用于高硅鋁合金活塞和輪轂等的自動化加工。這些全自動化的數控加工中心對刀具性能重復性的要求十分嚴格,目前的金剛石膜涂層工具暫時還不能滿足要求,需要進一步解決產品檢驗和生產過程質量監控的技術。
目前國外金剛石膜涂層工具市場規模大約在數億美元左右,僅僅一家只有20多人的小公司(美國SP3公司),去年的銷售額就達2千多萬美元。
國內目前尚無金剛石膜涂層產品上市。國內不少單位,如北京科技大學、上海交大、廣東有色院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等都在進行金剛石膜涂層硬質合金工具的研發,目前已在金剛石膜的結合力方面取得實質性進展。北京科技大學采用滲硼預處理工藝(已申請專利)成功地解決了金剛石膜的結合力問題,所研制的金剛石膜涂層車刀和銑刀在加工Si-12%AI合金時壽命可穩定提高20-30倍。并已成功研發出“強電流直流擴展電弧等離子體CVD"金剛石膜涂層設備(已申請專利)。該設備將通常金剛石膜沉積設備的平面沉積方式改為立體(空間)沉積,沉積空間區域很大,可容許金剛石膜涂層工具的工業化生產。該設備可保證在工具軸向提供很大的金剛石膜均勻沉積范圍,因此特別適合于麻花鉆頭、端銑刀之類細長且形狀復雜工具的沉積。目前已經解決這類工具金剛石膜沉積技術問題,所制備的金剛石膜涂層硬質合金鉆頭在加工碳化硅增強鋁金屬基復合材料時壽命提高20倍以上。目前能夠制備的金剛石膜涂層硬質合金鉆頭最小直徑為lmin。目前正在和國內知名設備制造廠商(北京長城鈦金公司)合作研發工業化商品設備,生產能力為每次沉積硬質合金鉆頭(或刀片)300只以上,預計年內可投放國內外市場。
3類金剛石膜(DLC)
類金剛石膜(DLC)是一大類在性質上和金剛石類似,具有8p2和sp3雜化的碳原子空間網絡結構的非晶碳膜。依據制備方法和工藝的不同,DLC的性質可以在非常大的范圍內變化,既有可能非常類似于金剛石,也有可能非常類似于石墨。其硬度、彈性模量、帶隙寬度、光學透過特性、電阻率等等都可以依據需要進行“剪裁”。這一特性使DLC深受研究者和應用部門的歡迎。
DLC的制備方法很多,采用射頻CVD、磁控濺射、激光淀積(PLD)、離子束濺射、真空磁過濾電弧離子鍍、微波等離子體CVD、ECR(電子回旋共振)CVD等等都可以制備DLC。
DLC的類型也很多,通常意義上的DLC含有大量的氫,因此也叫a:C—H。但也可制備基本上不含氫的DLC,叫做a:c。采用高能激光束燒蝕石墨靶的方法獲得的DLC具有很高的sp3含量,具有很高的硬度和較大的帶隙寬度,曾被稱為“非晶金剛石”(AmorphorieDiamond)膜。采用真空磁過濾電弧離子鍍方法制備的DLC中sp3含量也很高,叫做Ta:C(TetragonallyBondedAmorphousCarbon)。
DLC具有類似于金剛石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系數(0.1一0.3)、可調的帶隙寬度(1_2eV~3eV)、可調的電阻率和折射率、良好光學透過性(在厚度很小的情況下)、良好的化學惰性和生物相容性。且沉積溫度很低(可在室溫沉積),可在許多金剛石膜難以沉積的襯底材料(包括鋼鐵)上沉積。因此應用范圍相當廣泛。典型的應用包括:高速鋼、硬質合金等工具的硬質涂層、硬磁盤保護膜、磁頭保護膜、高速精密零部件耐磨減摩涂層、紅外光學元器件(透鏡和窗口)的抗劃傷、耐磨損保護膜、Ge透鏡和窗口的增透膜、眼鏡和手表表殼的抗擦傷、耐磨摜保護膜、人體植入材料的保護膜等等。
DLC在技術上已經成熟,在國外已經達到半工業化水平,形成具有一定規模的產業。深圳雷地公司在DLC的產業化應用方面走在國內前列。不少單位,如北京師范大學、中科院上海冶金所、北京科技大學、清華大學、廣州有色院、四川大學等都正在進行或曾經進行過DLC的研究和應用開發工作。
DLC的主要缺點是:(1)內應力很大,因此厚度受到限制,一般只能達到lum~21um以下;(2)熱穩定性較差,含氫的a:C-H薄膜中的氫在400℃左右就會逐漸逸出,sp2成分增加,sp3成分降低,在大約500℃以上就會轉變為石墨。
5碳氮膜
自從Cohen等人在20世紀90年代初預言在C-N體系中可能存在硬度可能超過金剛石的β-C>3N4相以后,立即就在全球范圍內掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。國內外的研究者爭先恐后,企圖第一個合成出純相的β-C3N4晶體或晶態薄膜。但是,經過了十余年的努力,至今并無任何人達到上述目標。在絕大多數情況下,得到的都是一種非晶態的CNx薄膜,膜中N/C比與薄膜制備的方法和具體工藝有關。盡管沒有得到Cohen等人所預測超過金剛石硬度的β-C3N4晶體,但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可達15GPa-50GPa,可與DLC相比擬。同時CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨損特性。在空氣中,cNx薄膜的摩擦因數為O.2-O.4,但在N2,CO2和真空中的摩擦因數為O.01-O.1。在N2氣氛中的摩擦因數最小,為O.01,即使在大氣環境中向實驗區域吹氮氣,也可將摩擦因數降至0.017。因此,CNx薄膜有望在摩擦磨損領域獲得實際應用。除此之外。CNx薄膜在光學、熱學和電子學方面也可能有很好的應用前景。
采用反應磁控濺射、離子束淀積、雙離子束濺射、激光束淀積(PLD)、等離子體輔助CVD和離子注人等方法都可以制備出CNx薄膜。在絕大多數情況下,所制備薄膜都是非晶態的,N/C比最大為45%,也即CNx總是富碳的。與C-BN的情況類似,CNx薄膜的制備需要離子的轟擊,薄膜中存在很大的內應力,需要進一步降低薄膜內應力,提高薄膜的結合力才能獲得實際應用。至于是否真正能夠獲得硬度超過金剛石的B-C3N4,現在還不能作任何結論。
6納米復合膜和納米復合多層膜
以納米厚度薄膜交替沉積獲得的納米復合膜的硬度與每層薄膜的厚度(調制周期)有關,有可能高于每一種組成薄膜的硬度。例如,TiN的硬度為2lGPa,NbN的硬度僅為14GPa,但TiN/NbN納米復合多層膜的硬度卻為5lGPa。而TiYN/VN納米復合多層膜的硬度競高達78GPa,接近了金剛石的硬度。最近,納米晶粒復合的TiN/SiNx薄膜材料的硬度達到了創記錄的105GPa,可以說完全達到了金剛石的硬度。這一令人驚異的結果曾經過同一研究組的不同研究者和不同研究組的反復重復驗證,證明無誤。這可能是第一次獲得硬度可與金剛石相比擬的超硬薄膜材料。其意義是顯而易見的。
關于為何能夠獲得金剛石硬度的解釋并無完全令人信服的定論。有人認為在納米多層復合膜的情況下,納米多層膜的界面有效地阻止了位錯的滑移,使裂紋難以擴展,從而引起硬度的反常升高。而在納米晶粒復合膜的情況下則可能是在TiN薄膜的納米晶粒晶界和高度彌散分布的納米共格SiNx粒子周圍的應變場所引起的強化效應導致硬度的急劇升高。
篇10
多普勒效應是 LDV 測速方法實現的理論基石。任何形式的波傳播,由于波源、接收器、傳播介質或中間反射器或散射體的運動,會使波的頻率發生變化。奧地利科學家多普勒(Doppler)于 1842 年首次研究了這個現象:當觀察者向著聲源運動時,他聽到較高的聲調;相反的,如果觀察者背著聲源運動,聽到的音調就較低;假如聲源運動而觀察者不動,其效應也相同,這就是多普勒現象,這種頻率變化稱作為多普勒頻移。
愛因斯坦 1905 年在他的狹義相對論中指出,光波也具有類似的多普勒效應。只要物體會散射光線,就可以利用多普勒效應來測量其速度。1964 年 Ye h 和Cummins 首次觀察到了水流中粒子的散射光頻移,證實了可利用多普勒頻移技術來確定流動速度。
激光多普勒測速 (LDV, Laser Doppler Velocimeter) 技術是一種非接觸式測量技術,它利用流體中或固體表面的散射粒子對入射激光的散射,并通過光電探測器探測此散射光的頻移,根據其中所包含的速度信息(粒子散射光的頻移與粒子速度呈簡單線性關系)得到流體或者固體的運動速度。它可通過控制光束精確地控制被測空間大小,使光束在被測點聚集成為很小的測量區域(僅為千分之幾立方毫米),獲得分辨率為 20~100 微米的極高的測量精度。從原理上講,LDV 響應沒有滯后,能跟得上物體的快速脈動。它還可以實現一維、二維、三維的速度測量以及運動方向的判斷。LDV 輸出信號的頻率和速度成線性關系,它能覆蓋從每秒幾毫米到超音速很寬的速度范圍,且測量不受物體壓力、溫度、密度、粘度等參數的影響。總的來說,LDV 動態響應快、空間分辨率高、測量范圍大,在測量精度和實時性上都具有突出優點。現在 LDV 已成為科學研究和實際工程中測量固體表面運動速度和復雜流場流動速度的一種有力手段,己經從最初的流速測量領域擴展到風洞速度場測量、邊界層流測量、二相流測量,以及噴氣過程和燃燒過程的研究。