6.3 技术条件

纳米功能材料行业存在一定的行业进入壁垒，除了上述的资金壁垒之外，还具有较高的技术壁垒。目前，绝大多数纳米功能材料都是在传统材料的基础上发展起来的，是传统材料在性能或功能上不断提高的延续。传统材料行业经过几十年的发展已经积累了深厚的技术基础，因此，纳米功能材料从一开始就具有了较高的技术壁垒。

就纳米功能材料的行业化过程而言，可以根据实际的运作过程概况为七个阶段：小试（Ⅰ）、中试（Ⅱ）、工业化生产（Ⅲ）、市场开拓（Ⅳ）、垄断利润期（Ⅴ）、稳定生产期（Ⅵ）和衰退期（Ⅶ），如图2-6-2所示。

图2-6-2 纳米材料行业化过程中投入/产出比与时间的关系

大多数的纳米功能材料，开始阶段都是在实验室中进行制备，并且初步确定制备的原料、工艺流程并进而对产品进行质量检测。当产品质量合格并稳定后，就可进行小量试制，即上图中的第一阶段——小试阶段。小试阶段的研究重点是对实验室原有的制备路线和制备方法进行全面、系统的改革。通过小试研究改掉那些不符合工业生产的合成步骤和方法，进而找到一条比较成熟的合成工艺路线。另外，小试阶段应弄清楚，用工业级原料和溶剂对反应有无干扰，对产品的产率和质量有无影响，并找出适于用工业级原料生产的最佳反应条件和处理方法。

中试生产阶段是从实验室过渡到工业生产必不可少的关键环节，在这一阶段，对技术的要求更加严格。中试阶段是对小试的放大过程，一般而言，中试阶段的实验规模要比小试放大50～100倍，以便进一步研究在一定规模装置中各部反应条件的变化规律，并解决实验室阶段未能解决或者尚未发现的问题。在中试放大的过程中要解决如下几点：

1）生产工艺路线的修改：小试阶段确定的反应方法和生产工艺路线在中试放大阶段会暴露出许多难以克服的重大问题，需要对生产工艺路线进行修正，这个过程需要较高的技术水平，构成了技术壁垒之一。

2）设备型式的选择：不同于小试阶段较小的实验设备，中试需要体积更大的设备，因此实验过程中，就要充分考虑物料搅拌时产生的传热传质问题，因此，中试阶段就要对反应的实际情况进行探究，进而对设备型式以及搅拌速度等进行修正。

3）反应条件的修正：中试阶段由于设备的变大，导致反应条件发生变化，实验室中最佳的反应条件不适应中试放大要求，因此必须重新对反应条件进行试验研究，掌握反应条件在大型设备中的变化规律，为中试阶段以后的大规模行业化生产奠定良好的基础。

4）物料质量的影响：实验室小试阶段，所用的原料都是化学纯或者分析纯级别，原材料的质量较高，得到的产物质量因此有所保证。但是，在工业化生产阶段，由于原材料使用量较大，原材料的质量级别相应就会降低，中试阶段就要研究工业级原材料对反应有无干扰，对所制备的产品质量有多大影响。

5）经济指标核算，生产成本制定：除了技术方面的进一步研究之外，中试阶段要对各项经济指标，例如原材料用量、电力消耗、工时成本、环保污染等等进行初步核算，掌握生产成本的构成与总额，并据此寻找降低成本措施，为接下来的大规模工业化生产做好成本准备。

中试阶段过后就进入了工业化生产的阶段，工业化生产阶段工艺路线已经稳定，产率稳步提升，成本开始下降，技术步骤逐渐成形并稳定下来。对于大多数产品的制备过程，其技术壁垒主要存在于以上三个阶段，但是对于纳米功能材料的制备而言，在以上三个阶段存在的技术壁垒又略有不同。

相较于传统材料，纳米功能材料的粒径更小，粒度分布更加无序，比表面积更大，而且形貌也更加多样。对于纳米功能材料而言，形貌决定了其性能，不同形貌的纳米功能材料所表现的性能也千差万别，因此，在纳米功能材料生产过程中的研发是将产物形态作为主要控制的指标，如何对于工艺参数进行有效的调控，进而控制纳米功能材料的形貌是大规模工业化生产的关键。

纳米功能材料的规模化制备前提就是要通过不断的放大过程来摸索工艺参数的变化，并最终实现有效的控制。由于纳米功能材料制备过程中化学反应是快速的瞬时反应，过程受到传递因素的控制，在放大过程中，设备体积的增大使得传递因素变化呈现“非线性”特征，因而放大过程只能依靠小规模试验成功的方法和数据，加上技术人员积累的经验不断适当地加大试验规模，修正前一次工艺参数，逐级的进行放大试验，并最终控制工艺参数的变化规律，为大规模的生产积累技术经验。这种逐级的经验放大试验过程，虽然可靠程度比较高，但是缺乏翔实的理论指导，放大过程中存在的问题各种各样，因此没有统一的解决方法，对企业的技术实力与研发创新能力要求较高，构成了纳米功能材料准入的主要技术壁垒。

新企业在进入纳米功能材料行业的过程中，需要积累较多的技术准备，尤其是在中试放大阶段，技术壁垒尤其繁多，是考验一个新企业研发创新能力的关键阶段，这就需要新企业要有充足的人才储备，尤其是高学历、高素质的人才队伍；除此之外，资本的大量投入也是新企业所要面临的一个重大问题，解决技术问题后，规模化生产需要投入更多的资金，企业需要有持续的现金流支撑才能坚持到垄断利润期，进而获得盈利。

纳米功能材料另外一个重要的技术壁垒就是专利封锁。虽然我国目前有关纳米功能材料的科研论文与专利申请都已经名列世界前列，但是核心专利却大多被国外跨国公司封锁，国内企业很难跨过专利封锁，必须要缴纳巨额的专利费，也为新企业的进入带来了巨大的障碍，除非有颠覆性的技术创新，否则只能受制于人。