日本高科技的冰山一角

其它方面不说，单单材料科技

人类材料学的最高技术标杆——日本

材料学的水平极大程度决定一个国家的最高新科技的水平。好的装甲需要好材料，导弹的外壳需要好材料，飞机发动机叶片需要更优异的材料，最高精尖的军用雷达半导体元器件也需要更好的材料。

而在材料方面，日本已经甩开了第二名美国极大的身位，剩下的俄罗斯中国之类已经远远不在一个档次，这里以人类的最高精尖的三种材料技术——制作洲际弹道导弹喷管和壳体以及飞机骨架的高强度碳纤维材料；制作最高性能主动相控阵军用雷达的宽禁带半导体收发组件材料；制作最新式涡轮发动机涡轮叶片的高性能单晶叶片。

三种顶级科技说明日本远远领先于其他地球国家的最顶级科技。

1,首先是最新式的涡轮发动机叶片的五代单晶材料。

因为涡轮叶片工作环境极为恶劣，并且要在极度高温高压下保持数万转的高转速，所以对于高温高压下的抗蠕变性能的要求是非常高的。这个目前科技最好的解决方法就是让晶体约束朝一个方向伸展，使其材料相比于常规材料来说无晶界，这可以大大提升高温高压下的强度和抗蠕变性能。

目前人类科技的单晶材料共有五代。

我们可以发现，越到后面一代，已经没有美国和英国的影子了，老毛子那更是不知道甩到猴年马月去了。如果说四代单晶还有法国作为西方的希望苦苦支撑的话，那么第五代单晶就是东瀛的独舞——人类最顶级的单晶材料，就是日本的第五代单晶TMS-162/192，日本是目前世界上唯一一个能制造第五代单晶材料的国家。

有些人可能不知道这意味着什么，我们贴出美国F-22和F-35使用的F11 9/135发动机的涡轮叶片材料CMSX-10三代高性能单晶作为对比。

我们可以看到，三代单晶的典型代表CMSX-10的抗蠕变性能如下：1100度，137Mpa，220小时。这是西方的顶级水平了。

日本的第五代TMS-162呢？同样条件，寿命高达959小时，接近1000小时寿命，相比于美国材料寿命足足达到4倍有余。

事实上，在这个伟大的技术革新面前，传统的材料学和发动机技术的欧洲顶尖水平公司RR已经选择了屈服。英国罗罗大批进口日本的单晶材料用于制造自己的Trent系列发动机。

2,再看碳纤维材料。

众所周知，碳纤维因为质量轻巧，强度极高而被视为理想的导弹，特别是最顶尖的洲际弹道导弹材料。包括美国侏儒以及三叉戟D5还有法国M51的新式洲际弹道导弹都用碳-碳和碳-树脂复合材料用于制造洲际导弹的壳体和喷管。在这项技术上日本同样领先于世界水平。

碳纤维分为两种——高强度和高拉伸模量

上面的是日本东丽公司的碳纤维材料，下面是美国大力神公司的

其中IM7被用作制造三叉戟D5的壳体。

而东丽的T1000强度高达7060mpa，拉伸模量在高强度碳纤维中也很高（达到了284Gpa），这些都超过了美国的IM9的美国最高水平。

碳纤维目前勉强处于同一水平线的只有美日（虽然美国相对较差），其他国家与这两个国家相比都不值一提。

我们来看看俄国人到达了一个怎么样的水平吧

纤维复合材料特别是碳纤维有机复合材料，在现代飞机上获得了广泛应用。与西方比较俄罗斯这种材料，研究及应用时间稍晚一些，上世纪70年代才着手研究。当时前苏联国家石墨结构材料研究所、全苏聚合物纤维研究所，以及今日的全俄航空材料研究院，生产出拉伸强度2500～3000MPa、拉伸模量250G Pa的高强度碳纤维，以及模量400～600GPa的高模量碳纤维。后来又研究出4000～5000MPa的中模量碳纤维。总体上看俄罗斯的碳纤维产品，性能水平不如美日水平高。从高强度纤维产品来看，俄罗斯的YKH、BMH比目前通用的，T300大约低1000Mpa。俄罗斯高模量纤维400～600GPa，与日本M40J、M60J相近。在中模碳纤维方面与美国的，T800H及T1000G有一定差距，在模量相同的条件之下，后者的强度高出500～1000MPa。

俄国人最强的水准也不过5000mpa封顶，和美日完全不是一个档次，这还是毛子的实验室水平。

业内专家告诉记者，目前，全世界碳纤维生产厂家中日本的东丽、东邦和三菱3家公司，代表着目前世界上最先进水平。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。我国虽然经过多年研究和试生产，但至今尚未掌握高性能碳纤维的核心技术。从技术研发到产业

化难度更大，因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。

可以看到，中国的T800级别的碳纤维也只能在实验室里生产。

而日本的远远强于T800的T1000碳纤维已经走入了市场大量制造了。

事实上，T1000只是东丽80年代的制造水平。可见美日在碳纤维领域领先其他国家20年以上。

3,再看看雷达。

大家知道，主动相控阵雷达的最关键技术就在于一个个T/R收发组件。事实上，AESA雷达就是数千个收发组件单元组建成一台整的雷达。而T/R组件就是由少则一个，多则4个MMIC半导体晶片材料封装而成。这个芯片是将雷达的电磁波收发组件集成起来的一个微型电路，既负责电磁波的发出，也负责接收。而这个芯片就是在整个半导体晶元上蚀刻出电路来的。所以，这个半导体晶圆的晶体生长是整个AESA雷达最关键的技术部分。

这就是F-35的诺斯罗普.格鲁曼公司的APG81雷达的MMIC芯片，APG 81雷达由数千个一模一样的这样的MMIC芯片组成。这个芯片是以GaAs为基体蚀刻构筑的。

但是事实上，GaAs材料因为其禁带过窄，其击穿电压过低，其发射功率是上不去的。所以，迫切需要新一代宽禁带的半导体材料。而这个材料目前已经找到了，就是GaN材料。

而GaN材料的晶体生长是非常困难的，目前也是东瀛率先攻克了GaN薄膜的大规模制造工艺。

1994年日本日亚化工突破了GaN材料成核生长的关键技术，不久P型G aN采用退火技术得以实现，随后GaNled研制成功。近几年，通过外延技术的提升，GaNLED的内量子效率大大提升，结合粗化、倒装、PSS衬底等提高光输出效率的技术，GaN基LED已广泛应用于全彩显示、交通信号灯、汽车灯具、液晶背光、室内照明和路灯照明等领域，半导体照明已经日臻成熟，走进千家万户。

目前，绝大部分GaN基LED均采用价格相对低廉的蓝宝石为衬底材料制备。然而，蓝宝石衬底与GaN材料有高达17%的晶格失配度，如此大的晶格失配造成了很高的位错密度，导致GaNLED中的非辐射复合中心增多，限制了其内量子效率的进一步提升。SiC衬底与GaN材料的晶格适配度只有3%，远小于蓝宝石衬底与GaN材料间的晶格适配度，因此在SiC衬底上外延生长的GaN 材料的位错密度会更少，晶体质量会更高，同时SiC的热导率（4.2W/cm.K）远大于蓝宝石，有利于器件在大电流下工作。