通过一块PMNT单晶体的不同命运看中美产业化差距有多大

来源:迈科技Metalab发布时间:2016-10-20 23:59:59
同是一块小小的弛豫铁电PMNT单晶体,同时研发出来,为什么在美国能快速产业化,而在中国至今未能产业化?同是顶尖科学家,罗豪甦和韩芃棣为什么会遭遇如此截然不同的命运?

1. 什么是弛豫铁电PMNT单晶体?

简单地说,弛豫铁电PMNT单晶体是压电材料。压电材料是医用超声设备产业的产业瓶颈和技术明珠,其好坏直接决定了图像的清晰度和准确度,决定了这台超声医疗诊断设备的质量好坏。弛豫铁电PMNT单晶体是铁电材料领域50年来“一次激动人心的突破”,成功取代了医用超声设备产业的压电材料之霸主陶瓷材料,制作出清晰度更高、准确性更好、能够帮助医生更准确诊断病情的单晶B超机。

2. PMNT单晶体同时在中国和美国诞生

早在1997年,中科院上海硅酸盐以罗豪甦研究员为首的一批科研人员,在国际上率先突破了助熔剂生长PMNT单晶的限制,在国际上率先采用Bridgman方法制备大尺寸高质量的PMNT单晶。

同年,美国H.C. Materials公司成功制备出几毫米的PMNT单晶。该公司创始人韩芃棣,当时在美国伊利诺伊州立大学工作,之前曾在上海硅酸盐所工作过4年。他研发PMNT单晶受启发于中国科学家的制备方法。

这项原始创新成果在中国和美国几乎是同时获得了成功,给高端医用超声产业带来了一缕喜出望外的技术阳光。后来,罗豪甦和韩芃棣都被业内称为全球制备PMNT单晶体的最顶尖科学家。

3. PMNT单晶体在中国屡屡遭拒,在美国受青睐而产业化

罗豪甦把PMNT单晶带到了当时国内最大的B超生产公司,得到的答复是“国外还没有做,我们做风险太大”。后来,国内又有几家公司拿了PMNT单晶去做试验,但最后都是不了了之。 回忆起当时的场景,罗豪甦不由得长叹一声,充满了遗憾和失望。

虽然中国企业慧眼不识珠,但国外企业不然,GE、东芝、飞利浦、西门子等公司纷纷寻求罗豪甦的合作。然而,这是弛豫铁电PMNT单晶体研发成功几年后的事情了。那时,罗豪甦在飞利浦看到了PMNT单晶探头高清彩超——在彩超显示屏上,心脏里血液随着心脏的跳动,从心房冲过瓣膜进入心室。罗豪甦兴奋,但更遗憾,因为他知道这么精细的画面不可能是陶瓷探头所能实现的,而是PMNT单晶!PMNT单晶在国外得到了成果转化!实现这一成果转化的正是韩芃棣的H.C. Materials公司。

1997年,韩芃棣成功制备出PMNT单晶,1998年就获得了SBIR计划20万美元的第一阶段无偿资助并完善了制备技术。随后,韩芃棣用SBIR计划第二阶段100万美元将PMNT单晶从实验室搬到工厂,测试工业化生产的技术。2002年,飞利浦找到H.C. Materials公司。经过评估,飞利浦决心生产采用PMNT单晶探头的医用高端超声设备。从此,PMNT单晶在美国迈上了产业化之路。而当时仅7名员工的H.C. Materials公司成了飞利浦的供应商,也成为该产业链的几乎是唯一的上游企业。

此后,不甘寂寞的GE也开始进入这一市场,并向韩芃棣采购PMNT单晶。

在科技成果转化的道路上,罗豪甦和韩芃棣为什么会遭遇如此截然不同的命运?

4. PMNT单晶在美国产业化取得巨大成功

到2012年,H.C. Materials公司仅仅提供给飞利浦的单晶就产生了750万美元的收益。2013年,H.C. Materials公司被另一家美国公司收购,其2014年PMNT单晶产值已经达到1800万美元,占据了世界市场70%份额。

如今,PMNT单晶探头只占全球每年生产约100万个探头总量的6.5%,但价值却占据了总产值的近8成,成为典型的高附加值高科技产品。无论是飞利浦、GE还是西门子,都把PMNT单晶探头看作是产业的未来,认为将完全取代传统的陶瓷材料。仅仅这一系列新产品每年分别给飞利浦和GE带来10亿美元和30亿美元的收益,而这一数字还将会持续增长。

5. 中国的PMNT单晶产业化应奋起直追

一个目前最高端的PMNT单晶探头价格高达5万美元,因此就连韩国的三星都正在抢入这一产业。如果中国台陶瓷材料B超升级成PMNT单晶材料B超,市场将非常大。

在PMNT单晶制备领域,中科院上海硅酸盐所走在了世界前列。罗豪甦带领的科研团队已经获得了11项国家发明专利,并能够制备出3英寸、4英寸的晶体,这与美国的水平不相上下。但如何打通产业链,这让人头疼。从晶体到探头,再到系统和整机,需要各个产业环节有企业接力。

在探头研制上,上海爱声生物医疗科技正致力于研制PMNT单晶探头。在整机生产领域,深圳的迈瑞、开立、理邦等公司也正在从中低端的黑白B超向高端的彩超进军。某企业家说,“国内医用超声设备产业使用PMNT单晶替代陶瓷材料正当时。”

在“十三五”规划和新《促进科技成果转化法》的政策鼓励下,位于产业链各个环节的医用超声设备公司、科研院所和大学、投融资企业应加强合作,抓住这一产业转型升级的良机,速发展中国医疗装备产业,打造中国高端医用超声设备产业。

为此,罗豪甦得实验室将依托上海嘉定医用超声材料和器件产业技术创新战略联盟,建立铁电材料和器件产业研究院、产业基地,启动投入5000万元,在二三年内实现科技成果转化,实现产值10亿元人民币。 

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