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81種新材料需求！21大發(fā)展重點(diǎn)材料領(lǐng)域！面向2035的新材料強國發(fā)展戰略研究

編輯：轉自：中國工程科學(xué) 發(fā)布時(shí)間：2023-11-17

摘要

材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟建設、社會(huì )進(jìn)步和國防安全的物質(zhì)基礎。我國已進(jìn)入工業(yè)化中后期，材料的作用顯得尤為重要，開(kāi)展新材料強國戰略研究，對支撐我國制造強國戰略實(shí)施具有重要戰略意義。本文系統分析了國內外新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀、趨勢以及存在的問(wèn)題，梳理了國內外新材料產(chǎn)業(yè)政策，圍繞未來(lái)新材料發(fā)展戰略需求，研究提出新材料強國戰略總體發(fā)展思路、強國特征和發(fā)展目標；聚焦先進(jìn)基礎材料、關(guān)鍵戰略材料、前沿新材料及新材料“評價(jià)、表征、標準”平臺建設等重點(diǎn)領(lǐng)域，研究梳理重點(diǎn)發(fā)展方向，并從構建新材料自主創(chuàng )新體系，建設新材料數字化研發(fā)平臺、生產(chǎn)應用示范平臺、資源共享平臺，完善新材料質(zhì)量技術(shù)基礎體系，培育與新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應的人才隊伍等方面提出政策措施建議，以期為我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和政府有關(guān)部門(mén)提供決策參考。

一、前言

材料服務(wù)國民經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展、國防建設和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，是經(jīng)濟建設、社會(huì )進(jìn)步和國家安全的物質(zhì)基礎和先導，支撐了整個(gè)社會(huì )經(jīng)濟和國防建設。新一代信息技術(shù)與新材料是制造業(yè)的兩大“底盤(pán)技術(shù)”。新一代信息技術(shù)是第四次工業(yè)革命的驅動(dòng)力，而新材料是支撐戰略性新興產(chǎn)業(yè)和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎。信息技術(shù)與新材料深度融合，共同推動(dòng)制造業(yè)向高端化發(fā)展。

近幾年，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的大背景下，新材料技術(shù)不斷取得新突破，新材料和新物質(zhì)結構不斷涌現，全球新材料產(chǎn)業(yè)保持快速增長(cháng)態(tài)勢。與發(fā)達國家相比，我國新材料產(chǎn)業(yè)起步較晚、基礎薄弱。“十二五”以來(lái)，我國出臺多項政策文件，在材料領(lǐng)域全面部署，對標發(fā)達國家?jiàn)^起直追。經(jīng)過(guò)不懈努力，我國在體系建設、產(chǎn)業(yè)規模、技術(shù)進(jìn)步、集群效應等方面取得了較大進(jìn)步，為國民經(jīng)濟和國防建設做出了重要貢獻，已成為名副其實(shí)的材料大國。但與此同時(shí)，我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也存在諸多問(wèn)題，材料強國之路任重道遠。

為推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，支撐制造強國戰略實(shí)施，2017年12月，中國工程院正式啟動(dòng)“新材料強國2035戰略研究”重大咨詢(xún)項目，旨在對我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行頂層設計。項目組織先進(jìn)基礎材料、關(guān)鍵戰略材料、前沿新材料，以及新材料評價(jià)、表征、標準平臺建設等課題組，聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域，制定面向2035的新材料強國發(fā)展戰略，為國家加快提升新材料自主創(chuàng )新能力和產(chǎn)業(yè)核心競爭力提供咨詢(xún)建議。

本文作為“新材料強國2035戰略研究”項目的學(xué)術(shù)性成果展示，分析新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀、趨勢及存在問(wèn)題，梳理新材料產(chǎn)業(yè)政策，圍繞新材料戰略需求，研究新材料強國發(fā)展戰略總體思路、強國特征及發(fā)展目標，針對新材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域提出重點(diǎn)發(fā)展方向，研究提出相關(guān)政策措施，為我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和政府有關(guān)部門(mén)決策提供支撐和參考。

二、新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及趨勢

（一）國外新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及趨勢

1. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及趨勢

全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規模不斷擴大。據統計，2019年全球新材料產(chǎn)值達2.82萬(wàn)億美元。全球新材料產(chǎn)業(yè)已形成三級梯隊競爭格局，各國產(chǎn)業(yè)發(fā)展各有所長(cháng)。第一梯隊是美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區，在經(jīng)濟實(shí)力、核心技術(shù)、研發(fā)能力、市場(chǎng)占有率等方面占據絕對優(yōu)勢。第二梯隊是韓國、俄羅斯、中國等國家，新材料產(chǎn)業(yè)正處在快速發(fā)展時(shí)期。第三梯隊是巴西、印度等國家。從全球看，新材料產(chǎn)業(yè)壟斷加劇，高端材料技術(shù)壁壘日趨顯現。大型跨國公司憑借技術(shù)研發(fā)、資金、人才等優(yōu)勢，以技術(shù)、專(zhuān)利等作為壁壘，已在大多數高技術(shù)含量、高附加值的新材料產(chǎn)品中占據了主導地位。

當前，以新一代信息技術(shù)、新能源、智能制造等為代表的新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對材料提出了更高要求，如超高純度、超高性能、超低缺陷、高速迭代、多功能、高耐用、低成本、易回收、設備精良等，新材料的研制難度前所未有。新材料產(chǎn)業(yè)向綠色化、低碳化、精細化、節約化方向發(fā)展。新材料研發(fā)及制備方法創(chuàng )新進(jìn)程加快。以材料基因工程為代表的材料設計新方法的出現，大幅縮減了新材料的研發(fā)周期和研發(fā)成本，加速新材料的創(chuàng )新過(guò)程。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算等新一代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及新型感知技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的應用，推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)研發(fā)進(jìn)程不斷加快。

2. 新材料產(chǎn)業(yè)政策

近年來(lái)，國外主要發(fā)達國家針對新材料重點(diǎn)領(lǐng)域出臺了相關(guān)專(zhuān)項政策，對重點(diǎn)新材料領(lǐng)域實(shí)行長(cháng)期精準扶持和提前戰略布局，促進(jìn)本國新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，使其紛紛在國際新材料產(chǎn)業(yè)中占據了領(lǐng)先地位。如在第三代半導體領(lǐng)域，美國、歐洲、英國、日本、韓國等國家和地區近年來(lái)出臺了60余項政策，總投入37億美元，主要發(fā)展電力電子、光電子、微波射頻、半導體照明等領(lǐng)域的SiC襯底、GaN射頻器件、GaN LED、SiC和Si基GaN功率器件、有機發(fā)光半導體（OLED）、電力電子器件等芯片封裝材料。

針對重點(diǎn)材料領(lǐng)域，國外積極實(shí)施保護本國利益的貿易政策。截至2020年8月，美國已對約5500億美元中國輸美商品加征關(guān)稅，關(guān)稅清單中廣泛涉及通信、電子、機械設備、汽車(chē)、家具等產(chǎn)品，這些產(chǎn)業(yè)間接或直接影響到上游新材料企業(yè)，尤其是低附加值的材料企業(yè)利潤將受到較大影響。

發(fā)達國家對關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的出口不斷設置壁壘。2018年8月，美國總統簽署了《出口管制改革法案》，同年11月美國商務(wù)部工業(yè)與安全局又提出了一份針對關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的出口管制框架方案，列出了14個(gè)考慮進(jìn)行管制的領(lǐng)域，涉及先進(jìn)材料技術(shù)以及與新材料制備相關(guān)的設備、檢測儀器等。

（二）我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及問(wèn)題

1. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

新材料產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)體系基本完整，產(chǎn)業(yè)規模不斷壯大。我國新材料產(chǎn)業(yè)已形成了全球門(mén)類(lèi)最全、規模第一的材料產(chǎn)業(yè)體系。建成了涵蓋金屬、高分子、陶瓷等結構與功能材料的研發(fā)和生產(chǎn)體系；形成了龐大的材料生產(chǎn)規模，我國鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、玻璃、化學(xué)纖維、先進(jìn)儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼等百余種材料產(chǎn)量達到世界第一位。據統計，自“十二五”以來(lái)，我國新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值快速擴張，從2010年的0.65萬(wàn)億元增長(cháng)到2019年的4.57萬(wàn)億元。逐步建立了以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導向、“用產(chǎn)學(xué)研”相互結合的新材料創(chuàng )新體系；依托地區資源優(yōu)勢，形成了環(huán)渤海、長(cháng)江三角洲、珠江三角洲地區，中西部地區，東北地區新材料產(chǎn)業(yè)集群。

新材料科技快速發(fā)展不斷推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化。如超級鋼、電解鋁、低環(huán)境負荷型水泥、全氟離子膜、聚烯烴催化劑等產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)的突破，促進(jìn)了鋼鐵、有色金屬、建材、石化等傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級。新材料為我國航空航天、能源交通、工程建設、資源節約及環(huán)境治理等領(lǐng)域一系列國家重大工程的實(shí)施提供了不可或缺的物質(zhì)基礎和保障。例如，高性能鋼材料、輕合金材料、工程塑料等產(chǎn)品結構不斷優(yōu)化，有力支撐和促進(jìn)了高速鐵路、載人航天、海洋工程、能源裝備的“走出去”；第三代鋁鋰合金成功實(shí)現在大飛機上應用等。

2. 新材料產(chǎn)業(yè)政策

近些年，國家高度重視新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，相關(guān)部委陸續推出了一系列政策文件，如《增強制造業(yè)核心競爭力三年行動(dòng)計劃（2018—2020年）》《“十三五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng )新專(zhuān)項規劃》《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng )新專(zhuān)項規劃》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》《國家新材料生產(chǎn)應用示范平臺建設方案》《國家新材料測試評價(jià)平臺建設方案》《新材料標準領(lǐng)航行動(dòng)計劃（ 2018—2020 年）》《重點(diǎn)新材料首批次應用示范指導目錄（2019 年版）》等，這些政策的出臺大大促進(jìn)了新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

同時(shí)，各地方政府和主管部門(mén)對新材料產(chǎn)業(yè)也十分關(guān)注，制定了一批地方性新材料產(chǎn)業(yè)政策。如北京、內蒙古、安徽、河北、廣東等多個(gè)省（自治區、市）及計劃單列市也先后出臺了新材料產(chǎn)業(yè)指導意見(jiàn)、發(fā)展規劃、行動(dòng)計劃、實(shí)施方案，突出地方特色，推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，初步統計有63項政策。在各地方案中既有大的綜合性規劃，也有地方特色的專(zhuān)題規劃，如河南省出臺的《河南省尼龍新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》《安徽省半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃（2018—2021 年）》《江蘇省增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計劃（2018—2020年）》等，部分地方政府還專(zhuān)門(mén)就新材料企業(yè)進(jìn)行認定，尤其是新材料首批次保險補償機制得到了大力的推廣，其中廣東、江西、四川、湖南、甘肅、山東、吉林、上海、寧波、廈門(mén)等諸多省（區、市）出臺了地方性保險補償政策。

3. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題

材料支撐保障能力不強，受制于人問(wèn)題突出，產(chǎn)業(yè)鏈自主可控性較差。究其原因，長(cháng)期以來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的爆發(fā)式增長(cháng)，材料能買(mǎi)則買(mǎi)，對材料的原創(chuàng )性、基礎性、支撐性缺乏足夠的重視，導致新材料產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，成為“短板”中的重災區，對產(chǎn)業(yè)安全和重點(diǎn)領(lǐng)域構成重大風(fēng)險。

引領(lǐng)發(fā)展能力不足，創(chuàng )新鏈不通暢，難以搶占戰略制高點(diǎn) 。由于材料的研發(fā)與應用結合不夠緊密，工程應用研究不足、數據積累嚴重缺乏，不僅導致面向材料實(shí)際服役環(huán)境有針對性的研究缺失，還導致材料的質(zhì)量工藝不穩定、性能數據不完備、技術(shù)標準不配套、考核驗證不充分，從而造成大量的新材料難以跨越從研制到應用的“死亡之谷”，有材不能用、有材不會(huì )用問(wèn)題十分突出。

新材料研發(fā)投入方式單一，投入不足且分散，原始創(chuàng )新能力弱。國家對新材料基礎研究缺乏長(cháng)期穩定的支持，在科技項目中財政資金投入的集中度較低，存在“撒胡椒面”現象。此外，新材料企業(yè)自主投入不足，大多新材料企業(yè)重視眼前利益從而忽視了原始創(chuàng )新。

質(zhì)量技術(shù)基礎設施建設薄弱，產(chǎn)業(yè)支撐體系不健全。材料評價(jià)標準嚴重缺失，認證認可質(zhì)量保障服務(wù)不夠，尚未建立完善的材料標準體系。材料檢驗檢測等基礎能力差，檢驗檢測資源優(yōu)化配置不足，檢測能力不足，檢測市場(chǎng)機制不完善，檢驗檢測服務(wù)能力無(wú)法滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)全面需求，檢驗檢測技術(shù)水平和服務(wù)能力無(wú)法滿(mǎn)足國際化需求。

未形成良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境有待優(yōu)化。新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新投融資環(huán)境不佳，新材料領(lǐng)域的創(chuàng )新人才缺乏，新材料進(jìn)出口政策體系和知識產(chǎn)權法律制度不健全。

三、面向2035的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略需求

當前，我國正處于戰略轉型期，亟需開(kāi)辟新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)，提高環(huán)境承載能力，這為我國新材料的大發(fā)展提供了難得的歷史機遇。在轉型升級和新型工業(yè)化發(fā)展的交匯時(shí)期，對新材料的戰略需求特別突出。

（一）運載工具領(lǐng)域

《中國制造2025》中提出大力發(fā)展新能源、高效能、高安全的系統技術(shù)與裝備，完善我國現代交通運載核心技術(shù)體系，發(fā)展時(shí)速400km高速列車(chē)、遠程寬體客機、新能源汽車(chē)等運載工具，提升交通運載可持續發(fā)展能力和“走出去”戰略支撐能力。因此，亟需對重型直升機、高速列車(chē)、遠程寬體客機、新能源汽車(chē)、重型運載火箭、航天器等運載工具所需核心部件及關(guān)鍵材料進(jìn)行研發(fā)，形成核心部件產(chǎn)品自主保障能力（見(jiàn)表1）。

表1 運載工具領(lǐng)域新材料需求

裝備	應用系統	新材料需求
航空航天裝備	垂型直升機	高強高韌耐損傷鋁鋰合金等
	遠程寬體客機	高強中模碳纖維及其復合材料、碳碳復合材料、高溫合金、耐溫超高強韌鋁合金/鋁鋰合金/鎂合金等關(guān)鍵原材料等
	重型運載火箭	高強抗富氧燒蝕高溫合金、輕質(zhì)高強鋁鋰合金、磁閥門(mén)熱壓輻向永磁環(huán)等新材料等
	航天器	高強高模碳纖維等
	航天器	第三代半導體材料等
節能與新能源汽車(chē)	節能汽車(chē)	高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維增強復合材料等
節能與新能源汽車(chē)	新能源汽車(chē)	輕量化車(chē)體用碳纖維及其復合材料、超高強度鋼、鋁合金板材、高強可焊接鋁合金鍛件/型材、抗疲勞高導熱鎂合金、稀土鎂鋁合金、高壓儲氫氣瓶用碳纖維復合材料、高容量稀土儲氫合金、電控系統用功率半導體芯片、驅動(dòng)系統磁路組件、夜視系統用稀土氟化物鍍膜、電池電控電機“三電系統”等
高速列車(chē)		車(chē)輪鋼、車(chē)軸鋼、軸承鋼、齒輪鋼、碳纖維復合材料、阻燃內飾復合材料、高強耐磨復合材料、鋁合金、鎂合金、高耐磨模具鋼、高導電輕質(zhì)弓網(wǎng)材料、高性能稀土磁體、碳化硅等

（二）能源動(dòng)力領(lǐng)域

以煤炭為主和油氣資源緊缺的能源結構，決定了我國國家能源戰略發(fā)展重點(diǎn)在于發(fā)展新一代高效清潔燃煤發(fā)電技術(shù)和深海油氣資源開(kāi)發(fā)技術(shù)。先進(jìn)能源動(dòng)力系統用特種合金代表國家高端裝備核心競爭力，屬于國家戰略型新材料范疇，是我國搶占技術(shù)制高點(diǎn)的重大機遇。核電、油氣開(kāi)發(fā)等能源領(lǐng)域重大項目對特種合金、稀土材料、非晶材料、超導材料、復合材料等新材料提出急迫需求。

應用系統	新材料需求
700℃超超臨界火電機組	大型鎳基耐熱合金鑄鍛件材料、稀土新材料等
重型地面燃氣輪機	長(cháng)壽命耐熱蝕單晶高溫合金、定向凝固高溫合金、變形高溫合金等
深海能源鉆采平臺	高端不銹鋼、耐候鋼、耐蝕合金、硬質(zhì)合金、防腐涂料、鎳基高溫合金、磁性材料、碳纖維及其復合材料等
磁傳動(dòng)力系統	新型磁動(dòng)力控制系統用功能結構一體化磁器件及核心磁材料等
柔性輸變電系統	超大功率碳化硅材料等

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