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

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

編輯：轉(zhuǎn)自：中國工程科學(xué) 發(fā)布時間：2023-11-17
摘要
材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟建設(shè)、社會進步和國防安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國已進入工業(yè)化中后期，材料的作用顯得尤為重要，開展新材料強國戰(zhàn)略研究，對支撐我國制造強國戰(zhàn)略實施具有重要戰(zhàn)略意義。本文系統(tǒng)分析了國內(nèi)外新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及存在的問題，梳理了國內(nèi)外新材料產(chǎn)業(yè)政策，圍繞未來新材料發(fā)展戰(zhàn)略需求，研究提出新材料強國戰(zhàn)略總體發(fā)展思路、強國特征和發(fā)展目標；聚焦先進基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料及新材料“評價、表征、標準”平臺建設(shè)等重點領(lǐng)域，研究梳理重點發(fā)展方向，并從構(gòu)建新材料自主創(chuàng)新體系，建設(shè)新材料數(shù)字化研發(fā)平臺、生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺、資源共享平臺，完善新材料質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)體系，培育與新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)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)部門提供決策參考。

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一、前言

材料服務(wù)國民經(jīng)濟、社會發(fā)展、國防建設(shè)和人民生活的各個領(lǐng)域，是經(jīng)濟建設(shè)、社會進步和國家安全的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，支撐了整個社會經(jīng)濟和國防建設(shè)。新一代信息技術(shù)與新材料是制造業(yè)的兩大“底盤技術(shù)”。新一代信息技術(shù)是第四次工業(yè)革命的驅(qū)動力，而新材料是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。信息技術(shù)與新材料深度融合，共同推動制造業(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(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，全球新材料產(chǎn)業(yè)保持快速增長態(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(chǔ)薄弱。“十二五”以來，我國出臺多項政策文件，在材料領(lǐng)域全面部署，對標發(fā)達國家奮起直追。經(jīng)過不懈努力，我國在體系建設(shè)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進步、集群效應(yīng)等方面取得了較大進步，為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)做出了重要貢獻，已成為名副其實的材料大國。但與此同時，我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也存在諸多問題，材料強國之路任重道遠。

為推動新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，支撐制造強國戰(zhàn)略實施，2017年12月，中國工程院正式啟動“新材料強國2035戰(zhàn)略研究”重大咨詢項目，旨在對我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行頂層設(shè)計。項目組織先進基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料，以及新材料評價、表征、標準平臺建設(shè)等課題組，聚焦重點領(lǐng)域，制定面向2035的新材料強國發(fā)展戰(zhàn)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建議。

本文作為“新材料強國2035戰(zhàn)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(xiàn)狀、趨勢及存在問題，梳理新材料產(chǎn)業(yè)政策，圍繞新材料戰(zhàn)略需求，研究新材料強國發(fā)展戰(zhàn)略總體思路、強國特征及發(fā)展目標，針對新材料產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域提出重點發(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)部門決策提供支撐和參考。

二、新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

（一）國外新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計，2019年全球新材料產(chǎn)值達2.82萬億美元。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。第一梯隊是美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，在經(jīng)濟實力、核心技術(shù)、研發(fā)能力、市場占有率等方面占據(jù)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(xiàn)。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)、專利等作為壁壘，已在大多數(shù)高技術(shù)含量、高附加值的新材料產(chǎn)品中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

當(dāng)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(shè)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(jié)約化方向發(fā)展。新材料研發(fā)及制備方法創(chuàng)新進程加快。以材料基因工程為代表的材料設(shè)計新方法的出現(xiàn)，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)和自動化技術(shù)的應(yīng)用，推動新材料產(chǎn)業(yè)研發(fā)進程不斷加快。

2. 新材料產(chǎn)業(yè)政策

近年來，國外主要發(fā)達國家針對新材料重點領(lǐng)域出臺了相關(guān)專項政策，對重點新材料領(lǐng)域?qū)嵭虚L期精準扶持和提前戰(zhàn)略布局，促進本國新材料產(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(jù)了領(lǐng)先地位。如在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域，美國、歐洲、英國、日本、韓國等國家和地區(qū)近年來出臺了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(dǎo)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(dǎo)體（OLED）、電力電子器件等芯片封裝材料 。

針對重點材料領(lǐng)域，國外積極實施保護本國利益的貿(mào)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(shè)備、汽車、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(shè)置壁壘。2018年8月，美國總統(tǒng)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個考慮進行管制的領(lǐng)域，涉及先進材料技術(shù)以及與新材料制備相關(guān)的設(shè)備、檢測儀器等 。

（二）我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題

1. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

新材料產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)體系基本完整，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大。我國新材料產(chǎn)業(yè)已形成了全球門類最全、規(guī)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(jié)構(gòu)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(guī)模，我國鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、玻璃、化學(xué)纖維、先進儲能材料、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(jù)統(tǒng)計，自“十二五”以來，我國新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值快速擴張，從2010年的0.65萬億元增長到2019年的4.57萬億元。逐步建立了以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、“用產(chǎn)學(xué)研”相互結(jié)合的新材料創(chuàng)新體系；依托地區(qū)資源優(yōu)勢，形成了環(huán)渤海、長江三角洲、珠江三角洲地區(qū)，中西部地區(qū)，東北地區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)集群。

新材料科技快速發(fā)展不斷推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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，促進了鋼鐵、有色金屬、建材、石化等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。新材料為我國航空航天、能源交通、工程建設(shè)、資源節(jié)約及環(huán)境治理等領(lǐng)域一系列國家重大工程的實施提供了不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，有力支撐和促進了高速鐵路、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現(xiàn)在大飛機上應(yīng)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(xù)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計劃（2018—2020年）》《“十三五”先進制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》《國家新材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺建設(shè)方案》《國家新材料測試評價平臺建設(shè)方案》《新材料標準領(lǐng)航行動計劃（ 2018—2020 年）》《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2019 年版）》等，這些政策的出臺大大促進了新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

同時，各地方政府和主管部門對新材料產(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(nèi)蒙古、安徽、河北、廣東等多個?。ㄗ灾螀^(qū)、市）及計劃單列市也先后出臺了新材料產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)意見、發(fā)展規(guī)劃、行動計劃、實施方案，突出地方特色，推動新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，初步統(tǒng)計有63項政策。在各地方案中既有大的綜合性規(guī)劃，也有地方特色的專題規(guī)劃，如河南省出臺的《河南省尼龍新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》《安徽省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2018—2021 年）》《江蘇省增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018—2020年）》等，部分地方政府還專門就新材料企業(yè)進行認定，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、廈門等諸多?。▍^(qū)、市）出臺了地方性保險補償政策。

3. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

材料支撐保障能力不強，受制于人問題突出，產(chǎn)業(yè)鏈自主可控性較差。究其原因，長期以來，隨著我國經(jīng)濟的爆發(fā)式增長，材料能買則買，對材料的原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性、支撐性缺乏足夠的重視，導(dǎo)致新材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，成為“短板”中的重災(zāi)區(qū)，對產(chǎn)業(yè)安全和重點領(lǐng)域構(gòu)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(zhàn)略制高點 。由于材料的研發(fā)與應(yīng)用結(jié)合不夠緊密，工程應(yīng)用研究不足、數(shù)據(jù)積累嚴重缺乏，不僅導(dǎo)致面向材料實際服役環(huán)境有針對性的研究缺失，還導(dǎo)致材料的質(zhì)量工藝不穩(wěn)定、性能數(shù)據(jù)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(yīng)用的“死亡之谷”，有材不能用、有材不會用問題十分突出。

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(chǔ)研究缺乏長期穩(wěn)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(xiàn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，產(chǎn)業(yè)支撐體系不健全。材料評價標準嚴重缺失，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(chǔ)能力差，檢驗檢測資源優(yōu)化配置不足，檢測能力不足，檢測市場機制不完善，檢驗檢測服務(wù)能力無法滿足產(chǎn)業(yè)全面需求，檢驗檢測技術(shù)水平和服務(wù)能力無法滿足國際化需求。

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，新材料進出口政策體系和知識產(chǎn)權(quán)法律制度不健全。

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三、面向2035的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略需求

當(dāng)前，我國正處于戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，亟需開辟新的經(jīng)濟增長點，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(zhuǎn)型升級和新型工業(yè)化發(fā)展的交匯時期，對新材料的戰(zhàn)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(tǒng)技術(shù)與裝備，完善我國現(xiàn)代交通運載核心技術(shù)體系，發(fā)展時速400km高速列車、遠程寬體客機、新能源汽車等運載工具，提升交通運載可持續(xù)發(fā)展能力和“走出去”戰(zhàn)略支撐能力。因此，亟需對重型直升機、高速列車、遠程寬體客機、新能源汽車、重型運載火箭、航天器等運載工具所需核心部件及關(guān)鍵材料進行研發(fā)，形成核心部件產(chǎn)品自主保障能力（見表1）。

表1 運載工具領(lǐng)域新材料需求
裝備
應(yīng)用系統(tǒng)
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(fù)合材料、碳碳復(fù)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、磁閥門熱壓輻向永磁環(huán)等新材料等
航天器
高強高模碳纖維等
第三代半導(dǎo)體材料等
節(jié)能與新能源汽車
節(jié)能汽車
高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維增強復(fù)合材料等
新能源汽車
輕量化車體用碳纖維及其復(fù)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(dǎo)熱鎂合金、稀土鎂鋁合金、高壓儲氫氣瓶用碳纖維復(fù)合材料、高容量稀土儲氫合金、電控系統(tǒng)用功率半導(dǎo)體芯片、驅(qū)動系統(tǒng)磁路組件、夜視系統(tǒng)用稀土氟化物鍍膜、電池電控電機“三電系統(tǒng)”等
高速列車
車輪鋼、車軸鋼、軸承鋼、齒輪鋼、碳纖維復(fù)合材料、阻燃內(nèi)飾復(fù)合材料、高強耐磨復(fù)合材料、鋁合金、鎂合金、高耐磨模具鋼、高導(dǎo)電輕質(zhì)弓網(wǎng)材料、高性能稀土磁體、碳化硅等



（二）能源動力領(lǐng)域

以煤炭為主和油氣資源緊缺的能源結(jié)構(gòu)，決定了我國國家能源戰(zhàn)略發(fā)展重點在于發(fā)展新一代高效清潔燃煤發(fā)電技術(shù)和深海油氣資源開發(fā)技術(shù)。先進能源動力系統(tǒng)用特種合金代表國家高端裝備核心競爭力，屬于國家戰(zhàn)略型新材料范疇，是我國搶占技術(shù)制高點的重大機遇。核電、油氣開發(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(dǎo)材料、復(fù)合材料等新材料提出急迫需求。


應(yīng)用系統(tǒng)
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(fù)合材料等
磁傳動力系統(tǒng)
新型磁動力控制系統(tǒng)用功能結(jié)構(gòu)一體化磁器件及核心磁材料等
柔性輸變電系統(tǒng)
超大功率碳化硅材料等

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