从科学到创新汇编

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1、第三讲:从科学到创新 柳卸林,教授, 中国科学院大学管理学院 liuxielin 1 大纲 从科学到创新 政府为什么支持科学 经济发展阶段与科学投入 企业与基础研究 2 一:从科学研究到创新 基础研究(basic research)应用研究(applied research)试验发展(experimental development) 研究气流中的压力条件与固 体浮力 为获得飞机所需的空气动力 学数据, 进行气流中压力条 件和固体浮力研究 飞机样机机身的开发工作 研究微生物耐辐射的生物化 学和生物物理研究 为获得保存果汁方法所需的 知识,就加热和辐射对酵母生 存的影响而进行微生物学的 研究 发

2、展一种用于射线保存果 汁的方法 目的 寻求真理以工程为目标,探讨知识应用 的可能性 把研究成果应用于生产上 内容 发现新现象,新的联系新工艺,新发明,新产品,工艺改进 成果 论文专利专利,图纸,样品 3 基础研究与创新 基础研究会产生重大创新, 但时间很长. 计算机, 生物, 通信,基本上都是科学家们发 明出来的. 美国ARCH风险投资公司:只投资基础研究的 成果. 但基础研究到创新,需要经历从原理到实验 室技术实现再到工业化产品的痛苦过程. 中国科学家和大学不愿做技术,愿做科学. 4 发明与技术创新 发明与技术创新之间通常存在“滞后期” 历史上重大技术创新例子 技术与产品发明年份创新年份滞后

3、期 日光灯1859193879 采棉机1889194253 拉链1891191827 电视1919194122 喷气发动机 1929194314 雷达1922193513 复印机1937195013 蒸汽机1764177511 尼龙1928193911 无线电报 188918978 三极真空管 190719147 圆珠笔193819446 案例案例: : 液晶显示器的发明液晶显示器的发明 1962年，Richard Williams发现，当电压 加在液晶物质的表层时会产生光电效应。 1964年，George Heilmeier在此基础上发 现新的光电效应动态散射型（DSM ）。 1968年，美

4、国RCA公司向全世界公布液晶 显示技术。 6 液晶的发明 对全球的液晶研究者和产业界人士来说，1968年如此重要。因为在这 一年，美国RCA公司在广播中向世界报告：公司的博士研究生黑尔迈 乐等人提出并发明液晶显示技术。 这条消息引起了法国原子能委员会的兴趣。当时，正在原子能所工作 的物理学家P-G德热纳，组织了一个由结晶学、化学、材料缺陷、光 学、核共振和理论专家级组成的多学科研究小组，在巴黎市郊奥赛开 展液晶物理的基础研究。研究中，德热纳认识到序参数、相变等概念 是处理液晶复杂系统的物理基础，并在此基础上写出专著液晶物理 学。 德热纳将液晶的排列比喻为“篮子里的苹果，当“篮子”晃动时，液 晶

5、就会重新排列，实际上这就是液晶显示的原理。1991年，诺贝尔物 理学奖授予德热纳，表彰“他发现，为研究简单系统中有序现象而发 展出来方法，也适用于更复杂系统的研究，特别是液晶和高分子。” 1968年，44岁的日本物理学家江崎玲於奈（因发明江崎二极管而获 1973年诺贝尔物理学奖）正在美国IBM实验室工作，他立即将RCA发 明液晶显示技术的消息介绍给日本重点大学和大公司，这引起了日本 理化学研究所科学家小林骏介的兴趣。小林骏介1969年到美国学习， 回到日本后开始液晶基础研究。 7 液晶发明史 年份重要事件公司备注 1888奥地利植物学家Reinetzer 发现了液晶 1960年左右威廉斯突然想

6、到有可能建造一个运用光学开关和反射光来 工作的扁平显示器，明出来的基本液晶显示器。 美国RCA公司 1960年左右薄膜晶体管（TFT）被RCA的萨洛夫研究中心发明出来美国RCA公司一些企业早期介入对薄膜晶体管的研 究不是为了LCD，而是为了寻找制 作集成电路的方法。 1963西屋电气开始了一个小规模的TFT研究项目美国西屋电气 1964Heilmeier在重新选取液晶材料的过程中发现了并组模式， 即液晶具有二项色性，制作出来液晶在施加电场时 从透明变成乳白色的显示器“动态散射” 美国RCA公司 1968展示了一台实物大小的液晶平屏电视模型，其他一些液晶 的应用原型，包括数字读出仪和数字显示的电

7、子钟 美国RCA公司引起了日本工业界对液晶显示的强烈 兴趣 1970弗加森发明了扭曲相列型液晶显示器（SN-LCD）弗加森创办的 公司 1966年弗加森离开西屋公司，并自己 创办了公司 70年代早期RCA的乳白色动态散射LCD和弗加森的暗黑扭曲相列LCD展 开竞争，最后以RCA散射LCD的惨败而告终 1971RCA中止了自己的TFT项目美国RCA公司 1972夏普公司花费300万美元从RCA购买了一项LCD专利日本夏普公司 1973精工生产了世界第一块数字LCD表日本精工公司精工从弗加森的公司获得技术许可 8 1971RCA中止了自己的TFT项目美国RCA公 司 1972夏普公司花费300万美

8、元从RCA购买了一项 LCD专利 日本夏普 公司 1973精工生产了世界第一块数字LCD表日本精工 公司 精工从弗加森的公司获得技 术许可 1979西屋电气终止TFT项目美国西屋 电气 80年代初 期 美国的RCA公司 、AT平板电视产量占彩 电总产量79.1%，比2009年提高了5.4个百分 点。液晶电视产量为8790万台，同比增长25.8% 。平板电视产业链建设和技术创新体系建设也已 取得突破。 16 三大CRT电视显示器企业的 现状 安彩，09年亏损10亿，放弃CRT显示业务，转战 光伏玻璃行业 彩虹：还在生产彩色显像管，已经开始转向玻璃 基板行业 京东方： 1998年意识到平板显示时代

9、即将来临 ，现在是中国最大的本土液晶屏制造商,但由于 技术落后,一直在亏损,且没有掌握最前沿技术. 二.科学与创新的关系 创新是人类不断进步，经济不断增长的源泉 电的发明和创新工业化的基础 青霉素的发明和创新大大延长了人类的寿 命。 电话手机的发明，改变了沟通的模式 汽车的发明改变了交通的模式 杂交水稻的发明解决了中国人的吃饭问题 创新为什么越来越重要 科技革命的冲击力 当今，科技对经济和社会生活的影响越来越深远。科 技转化为生产力的速度越来越快，科技从发明到走向 产业化的时间不断缩短。 在19世纪，电从发明到应用时隔282年， 照相机从原理到产品112年（1727-1838） 电磁波通信时隔

10、26年。 半导体原理到晶体管5年。 20世纪，集成电路仅仅用了7年的时间就得到应用。万 维网络（WWW）从推出到累计1000万用户，仅花了3 年的时间， 而电话的同样数量的普及则花了30年的时 间。 科技与创新 信息技术是科学技术加速发展、呈现指数增长的 代表性领域。有二个典型的例子。 微电于技术自1975年以来，一直遵循摩尔定律增 长，也就是单位面积ICL的晶体管数量，每 18个月增加 1倍，成本基本不变。 计算机技术每57年，速度增长10倍，体积减少 10倍，价格下降10倍左右。 没有量子力学就没有信息产业:半导体,激光, 集成电路都将没有. 没有DNA就没有生物医学. 2020 基础研究

11、与应用研究、系统集成并行发展基础研究与应用研究、系统集成并行发展 MP3MP3 微型硬盘 存储器 锂例子 电池 液晶 显示器 DRAM 存储器 信号 压缩 19881988：发现巨磁阻效应，开创发现巨磁阻效应，开创 了自旋电子学新领域了自旋电子学新领域 基础研究基金基础研究基金：DOEDOE支持的金支持的金 属多层膜研究属多层膜研究 19901990：开发锂离子电池开发锂离子电池 基础研究基金基础研究基金：DOEDOE支持的电化支持的电化 学研究学研究 19881988：薄膜导电液晶显示器出现薄膜导电液晶显示器出现 基础研究基金：基础研究基金：NIHNIH、NSFNSF、DODDOD 资助的液

12、晶研究资助的液晶研究 1960-70s1960-70s：探索超大规模集成电路系统设计探索超大规模集成电路系统设计 基础研究基金：基础研究基金：IBMIBM、DODDOD高级研究计划局资助高级研究计划局资助 19651965：FFTFFT在信号处理领域引起革命在信号处理领域引起革命 基础研究基金：基础研究基金：武器研究办公室资助武器研究办公室资助 Humboldt大学与基础研究模型 二十世纪下半叶前: 洪堡大学(Humboldt)模式: 支持大学是政府的重要责任 大学主要从事教学和研究,不涉及其它. 这一模式扩散到许多国家. 但东欧有教学和研究的分离. 大学具有从事研究的充分自由 BUSH模型从

13、科学到创新的线性观 科学与经济发展的线性观：BUSH。Science, the Endless Frontier，支持 基础研究就可以获得无穷的创新，就可以不竭的经济增长。 科技可以无障碍地被企业所利用。 支持大学和研究机构，让企业利用不断涌现的科技成果。 优点:理解简单和财政支持的便利性.经常被重复使用. 前提: 1.科学应该拥有自主性. 2.关于在那些科学领域得到支持的决策应该让科学家们自主决定.由此, 同行评议得 到了制度化.(curiosity driven research ) 3.基础研究应该由大学完成. 创新的线性链条: 基础研究-应用研究-开发-新产品 线性模式被否定，但在思维

14、上不断出现，因为简单直观。 贡献: 持续了50年,促进了国家对科学的支持. 挑战: 经济竞争的激烈, 要求科学更快地为经济服务 财政的约束:冷战时代, 一切为了国防安全,现在,医疗教育社会福利也同样重 要. 死亡之谷的提出。 对BUSH的挑战:罗森堡(Rosenberg) 先有科学还是先有技术: 科学知识基本上都来自对一个具体特殊问题的解决. Torricelli的空气有重量的发现是为了改进气泵. Carnot创造了热力学是为了在瓦特的重要创新基础上改进蒸汽机的效率. Pasteur的细菌科学的发展,是为了解决法国酒业中的发酵和净化的问题. 技术本身就是关于某些事物和活动的知识.这是有关技能,

15、方法和设计的知识.技 术不需要依赖科学.如通过试错法,飞机的设计越来越好,但很长时间人们不知道 湍流理论.人们早就在炼铁,但并不知道其科学原理.因此,常常是,技术知识早于 科学知识。 高技术产业的发展，刺激了许多基础研究。 通信产业的发展引发了大量的基础研究领域。在AT&T的BELL实验定,Penzias 的宇宙背景发现是为了改进微波通信的质量 固体物理学的发展是为了改进真空管的不稳定性，这导致了半导体的发现。 (ROSENBERG,Inside the black box, 1982) 技术的发展是与基础研究还是与产业需求更相关. 在中国，基础研究缺乏这种高技术产业和复杂需求的刺激，因此，基

16、础研究 更多的是跟踪它人已经做的科研成果。 在人民大会堂中的中长期规划中，我问过杨。 Gibbons et al(1994)mode 2 Mode 1: 知识是由单一学科完成的. 大学不需要与 企业有直接的接触. Mode 2: 跨科学对知识的形成越来越重要. 大学与企业等的边界在模糊化. 知识越来越强调应用. 从科学到创新的死亡之谷. 欧洲悖论与美国挑战 欧洲悖论: 科学与美国的差距有限,但创新能 力差距很大. 美国挑战:美国科学远强于日本,但上个世纪 70年代,日本曾经是居世界第一位. 三. 政府为什么要支持科学 基础研究可以分为:好奇驱动的研究和战略 基础研究.Irvine and Martin(1989)(Stokes, 1997). 有相当