下一代电力电子技术将成为美国的就业稻草

2014-2-21 09:49 来源: 科技日报
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  1月15日,美国总统奥巴马在北卡罗来纳州立大学高调宣布,以该校为核心建立“下一代电力电子技术国家制造业创新研究所”(以下简称“电力电子技术创新中心”)。作为规划中的国家先进制造业创新中心之一,以下一代电力电子技术和设备制造为研发对象的国家级制造业创新中心正式进入人们的视线。

  为振兴美国制造业,奥巴马于2012年3月宣称创建美国“制造业创新中心(IMIs)”,并在2013年国情咨文中正式宣布投资10亿美元创建15个IMIs,除已经建立的一个以3D打印机为研发制造对象的创新中心外,在2013年新建3个;同年7月,奥巴马再次提出在未来10年建立45个IMIs。

  研究对象:宽带隙半导体技术

  电力电子技术是一门将电子技术应用于电力领域的新兴技术,它使用电力电子器件改变和控制通过网络的电功率,其产品可广泛应用于企业、军队、公共设施和普通消费者。下一代电力电子设备具有体积小、可靠性强和节能的优点,如目前已应用于LED灯和平板电视中的宽带隙半导体材料等。

  上世纪初以来,硅半导体技术的应用极大地改变了计算、通信和能源等行业,向消费者和经济活动提供了强大甚至是不可思议的工具。今天,硅基电子在一些关键应用领域已经面临很大局限,而宽带隙半导体则向人们展现出一个新的机遇,即更小、更快、更便宜和更高效的电力电子技术将应用于个人电子设备、电动车辆、可再生能源并网、工业级变速传动马达和更为智能、灵活的输电网络等。

  硅在室温下的带隙为1.1电子伏特(eV),宽带隙半导体是指在室温下带隙大于2.0eV的半导体材料。与硅基半导体技术相比,宽带隙半导体不仅能在更高的温度下稳定运行,而且在高压、高频状态下,更为耐用和可靠,能以较少的电能,获得空前的运行能力。该技术不仅可以大大缩小消费电子设备的体积,而且能够把发电厂变得只有手提箱大小。

  目的:技术先行,抢占市场,增加就业

  奥巴马政府认为,建立“电力电子技术创新中心”目的是,通过加强宽带隙半导体技术的研发和产业化,使美国占领这个正在出现的规模最大、发展最快的新兴市场,这个市场将涵盖从家用电器到工业设备制造,从电信技术到清洁能源技术等众多领域,并且为美国创造出一大批高收入就业岗位。

  该中心计划在今后5年,通过对宽带隙半导体技术的研发,制造出比目前硅基电力电子设备更具性价比的下一代节能、大功率电子芯片和器件,并通过对电力电子设备的改进,使汽车、消费电子和电网等更快、更小、更高效。该中心将建立一个协作网,不仅致力于下一代电力电子设备研究,还将制造、演示和调配新电力电子器件的能力和产品性能,以及它所产生的影响,包括对地区和全美商业活动、劳动力技能、制造业竞争力和培育未来经济增长点等带来的影响。

  组织结构:由官企研等共同构建,机制灵活

  “电力电子技术创新中心”总部位于北卡罗来纳州立大学,其中包括供中心成员分享的研发设施和实验设备,以及劳动力开发与教育项目等,目前成员包括18家公司、7所高校和实验室。美国能源部先进制造业办公室在今后5 年里将向创新中心提供7000万美元的财政支持,另有7000万美元配套资金分别来自企业、高校等创新中心成员和北卡罗来纳州政府。

  实际上,美国近年来新建的每一个创新中心都是由众多研究机构、企业和培训机构等组成的综合性区域网络,目的是在基础研究与产品开发之间架起一座及时联通的桥梁,把企业、高校、研究和培训机构及相关政府部门等有机地联合在一起,共同把人力物力投向投入产出比最优的前沿技术领域,以获得最大化收益。

  奥巴马提出建立45个制造业创新中心的设想,目前尚未获得国会的立法支持。当前的资金来源只能依靠行政命令,出自有研发预算的部门,如国防部、能源部、商务部、航空局和国家科学基金会等,支持力度有限。为顺利实施该计划,奥巴马政府正在游说国会通过立法,以获得稳定的专项财政资金支持。