深度分析！新一轮科技和产业革命中，我国新材料产业如何抢占先机？

　　中国新材料产业发展报告
　　当前新一轮科技革命和产业革命不断深入，全球竞争格局正在发生深刻变革。科技创新成为推动全球经济和社会发展的新引擎，制造业成为各国新一轮竞争的焦点。新一代信息技术与新材料是制造业的两大＂底盘技术＂。新一代信息技术是第四次工业革命的驱动力，而新材料是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础。信息技术与新材料深度融合， 共同推动制造业向高端化发展。加快先进材料产业发展，是党中央、国务院着眼建设制造强国、科技强国做出的重要战略部署。加快新材料产业发展，有利于推动传统产业转型升级和战略性新兴产业发展，实现社会生产力和经济发展质量的跃升，对实施创新驱动发展战略、 加快供给侧结构性改革、增强产业核心竞争力具有重要战略意义。
　　1、新材料产业发展面临的形势
　　（一）新一轮科技革命和产业革命，为关键材料的大发展提供了历史机遇
　　当前，国际正在经历一场更大范围、更深层次的新工业革命，信息技术、制造技术、能源技术、材料技术交叉融合、深度渗透、群体性突破、协同应用，新技术、新业态、新产业层出不穷；一批标志性通用技术（数字化制造、5G、大数据等）涌现并向各产业领域渗透。新工业革命的本质是技术进步和模式创新驱动下的产业范式变迁，主要特点可以概括为＂一主多翼＂。＂一主＂是指在当前产业革命的大背景下，数字化、信息化、网络化、智能化的智能创新和深度应用是主要的潮流和趋势；＂多翼＂是指能源技术、材料技术、生物技术等领域的创新发展、融合交叉、广泛使用。科技与产业发展日新月异，新材料与 5G、人工智能、智慧城市、新能源、生命健康等新兴产业的发展高度融合，创新步伐持续加快，推动了新材料产品的不断推陈出新和产业化进程，这为材料的大发展提供了难得的历史机遇。
　　（二）发达国家在关键材料领域加速布局，抢占发展先机
　　由于新材料的重要性，世界各国都不失时机地调整产业政策，加速布局材料前沿技术和颠覆性技术。例如在第三代半导体领域，富士通、英飞凌、三菱等跨国公司都已初步完成产业布局，并陆续开发出新一代产品，在高速列车、智能电网、5G通信等领域实现了应用。与之比较，我国尚处于发展初期，仅在照明领域具备一定优势。石墨烯也是如此，目前欧、美、日、韩等对石墨烯在信息、生物、光电等战略高技术领域的应用投入较大，已诞生了不少颠覆性产品原型，如射频电路等；而我国还在进行初级开发和低端应用，产业主要集中在提升传统产业方面（作为添加剂，添加到各种材料改善其性能），未形成在信息、生物、光电战略高技术领域的布局，高端研发明显滞后。
　　2、全球新材料产业发展现状及趋势
　　（一）全球新材料产业发展现状
　　1. 全球各国新材料产业政策持续推出，纷纷抢占制高点
　　进入21世纪，世界各国特别是发达国家都高度重视新材料产业的发展，均制订了相应的新材料发展战略和研究计划。2008年金融危机以来，发达国家纷纷启动＂再工业化＂战略， 将制造业作为回归实体经济、抢占新一轮国际科技经济竞争制高点的重要抓手。材料作为制造业的基石，其战略地位日益提升。此外，主要发达国家针对新材料重点领域，如高温合金、 碳纤维及复合材料、新型显示材料、新型能源材料、第三代半导体材料、稀土新材料、石墨烯等，还出台了专项政策。
　　2. 产业规模不断扩大，地区差异日益明显
　　随着全球高新技术产业的快速发展和制造业的不断升级，以及可持续发展的持续推进， 新材料的产品、技术、模式不断更新，应用领域不断拓展，市场前景更加广阔，对新材料的需求十分旺盛，产业规模持续增长。据统计，2010年全球新材料市场规模超过4000亿美元，到2017年2.3万亿美元，2019年2.82万亿美元，每年以10%以上的速度增长。
　　世界上新材料龙头企业主要集中在美国、欧洲和日本，拥有全球绝大部分大型跨国公司， 在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势，形成全球市场的垄断。中国、韩国、俄罗斯紧随其后，属于第二梯队。其中，中国在半导体照明、稀土永磁、人工晶体材料领域具有较强竞争力。除巴西、印度等少数国家之外，大多数发展中国家的新材料产业比较落后。
　　3. 市场竞争日趋剧烈，关键材料成为焦点
　　信息技术是当前世界经济复苏和推动未来产业革命的重要引擎。信息化的发展水平主要取决于光电信息功能材料，其主流仍然是半导体材料。另外，砷化镓、碳化硅和氮化镓等宽禁带半导体材料也将对光纤通信、互联网做出重要贡献。美国等发达国家在电子信息等关键材料领域占据主导地位。
　　4. 集约化集群化发展，高端材料垄断加剧
　　随着全球经济一体化进程加快，集约化、集群化和高效化成为新材料产业发展的突出特点。新材料产业呈现横向、纵向扩展，上下游产业联系也越来越紧密，产业链日趋完善，多学科、多部门联合进一步加强，形成新的产业联盟，有利于产品的开发与应用，但是也容易形成市场垄断。大型跨国公司凭借技术研发、资金、人才等优势，以技术、专利等作为壁垒， 已在大多数高技术含量、高附加值的新材料产品中占据了主导地位。国际新材料企业呈现集团化、寡头化、国际化发展趋势。
　　（二）全球新材料产业发展趋势
　　1. 新技术与新材料交叉融合、加速创新
　　21世纪以来，全球新材料产业竞争格局发生重大调整，新材料、信息、能源、生物等学科间交叉融合不断深化，大数据、数字仿真等技术在新材料研发设计中作用不断突出， ＂互联网+＂、材料基因组计划、增材制造等新技术、新模式蓬勃兴起，新材料创新步伐持续加快，新技术更新迭代日益加速，新思路、新创意、新产品层出不穷，国际市场竞争日趋激烈。
　　基础学科突破、多学科交叉、多技术融合快速推进新材料的创制、新功能的发现和传统材料性能的提升，新材料研发日益依赖多专业合作。例如：固体物理的重大突破催生了系列拓扑材料的出现；材料与物理深度融合诞生了高温超导材料；高密度、低功耗、非挥发性存储器技术开发更是多专业合作的典范；物理学家提出阻变、相变、磁隧道结和电荷俘获四种新的存储概念，材料学家找出合适的材料来实现相应功能，微电子专家设计相应的电路保证存储信号的写入、读取和擦除。
　　以材料基因工程为代表的一系列材料设计新方法的出现，不断突破现有思路、方法的局限性，以高通量计算、高通量制备、高通量表征、数据库与大数据等技术为支撑，立足把握材料成分-原子排列-相-显微组织-材料性能-环境参数-使用寿命之间的关系，推动新材料的研发、设计、制造和应用模式发生重大变革，大幅缩减新材料研发周期和研发成本，加速新材料的创新过程。
　　2. 绿色化、低碳化、智能化成为新材料发展的新趋势
　　进入21世纪以来，面对日益严重的资源枯竭、不断恶化的生态环境和大幅提升的人均需求等发展困境，绿色发展和可持续发展等理念已经成为人类共识。资源、能源、环境对材料生产、应用、失效的承载能力，战略性元素的绿色化高效获取、利用、回收再利用以及替代等受到空前重视。
　　以新能源为代表的新兴产业崛起将引起电力、IT、建筑业、汽车业、通信行业等多个产业的重大变革和深度裂变，拉动上游产业（如风机制造、光伏组件、多晶硅深加工等一系列加工制造业和资源加工业）的发展，促进智能电网、电动汽车等输送与终端产品的开发和发展，促进节能建筑和光伏发电建筑的发展。欧美等发达国家已经通过立法要求必须或鼓励使用低辐射（Low-e）等节能玻璃，目前欧洲80%的中空玻璃为Low-e玻璃，美国Low-e中空玻璃普及率达82%。短流程、少污染、低能耗、绿色化生产制造，节约资源以及材料回收循环再利用，是新材料产业满足经济社会可持续发展的必然选择。
　　随着物联网、人工智能、云计算等新一代信息技术和互联网技术的飞速发展，以及新型感知技术和自动化技术的应用，先进制造技术正在向智能化的方向发展，智能制造装备在数控装备的基础上集成了若干智能控制软件和模块，使制造工艺能适应制造环境和制造过程的变化以达到优化，从而实现工艺的自动优化。具有感知、分析、推理、决策、控制功能，实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备的支撑材料是未来材料产业发展的急需。
　　3. 新材料技术日益提升人类生活质量
　　伴随着新材料研究技术的不断延展，产生了诸多与人类生活水平提升息息相关的新兴产业。如氮化镓等化合物半导体材料的发展，催生了半导体照明技术；质子膜燃料电池（PEMFC）已用于交通示范运行，促进了新能源汽车产业的发展。生物医用材料的应用显著降低了心脑血管、癌症等疾病和重大创伤的病死率，极大地提高了人类的健康水平和生命质量，是保障全民医疗保健基本需求和发展健康服务的重要物质基础。基于分子和基因等临床诊断材料和器械的发展，使肝癌等重大疾病得以早日发现和治疗；血管支架等介入器械的研发催生了微创和介入治疗技术；生物活性物质（如药物、蛋白质、基因等）的靶向/智能型控释系统及其载体材料的发展，不仅导致传统给药方式发生革命性变革，而且为先天性基因缺陷、老年病、肿瘤等难治愈疾病的治疗开辟了新的途径。
　　3、我国新材料产业取得的成绩
　　与发达国家相比，我国新材料技术与产业起步较晚、基础薄弱。新中国成立以来，特别是改革开放以来，我国出台多项政策，在材料领域全面部署，对标发达国家奋起直追。经过40多年的不懈努力，我国在体系建设、产业规模、技术进步、集群效应等方面取得了较大进步，取得了举世瞩目的巨大成绩，为国民经济和国防建设做出了重要贡献。
　　（一）国家及地方高度重视，产业政策密集出台
　　近些年，国家高度重视新材料产业发展，相关部委陆续推出了一系列政策，如《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018—2020年）》、《＂十三五＂先进制造技术领域科技创新专项规划》、《＂十三五＂材料领域科技创新专项规划》、《国家新材料生产应用示范平台建设方案》、《国家新材料测试评价平台建设方案》、《新材料标准领航行动计划（2018—2020年）》、《重点新材料首批次应用示范指导目录（2018年版）》，这些政策加强对产业发展的统筹规划和顶层设计，引领新材料产业快速健康发展。2010—2018年国家出台了相关新材料产业相关政策。同时，各地方政府和主管部门对新材料产业也十分关注，北京、内蒙古、安徽、河北、广东等多个省（自治区、直辖市）及部分计划单列市也先后出台了新材料产业指导意见、发展规划、行动计划、实施方案，突出地方特色，推动新材料产业快速发展。
　　（二）加强新材料产业发展顶层设计
　　2016年12月国务院批准成立国家新材料产业发展领导小组（以下简称领导小组）。2017年2月，作为领导小组的咨询机构，国家新材料产业发展专家咨询委员会（以下简称专家咨询委）成立，干勇院士任主任，张涛、徐惠彬、谢建新、李仲平、俞建勇等院士任副主任。专家咨询委自成立以来，对＂新材料2030重大项目实施方案＂进行论证；组织重点新材料首批次保险补偿系列政策论证、项目评审及目录修订；对新材料生产应用示范平台、测试评价平台、新材料资源共享平台等国家重点平台进行方案论证和实施效果评估；制订重点产品、 重点企业、重点集聚区＂三个目录＂；组织重点领域产业调研；开展新材料＂十四五＂规划思路研究；编撰新材料产业发展年度报告等。49位委员群策群力，履行国家智库职责，为新材料产业发展发挥了积极的作用。
　　2017—2020年，中国工程院先后依托专家咨询委开展＂新材料强国2035年战略研究＂＂新材料产业发展战略研究＂＂提升新材料产业基础能力战略研究＂重大咨询项目研究，旨在对我国新材料产业发展进行顶层设计，为国家加快提升新材料自主创新能力和产业核心竞争力提供咨询建议。
　　（三）产业规模不断壮大，部分材料进入世界前列
　　经过多年发展，新材料在国民经济各领域的应用不断扩大，基本涵盖金属、高分子、陶瓷等结构与功能材料的研发、设计、生产和应用各个环节。先进基础材料，目前能满足国民经济和社会发展基本需求。关键战略材料，为我国高速铁路、大飞机、载人航天、探月工程、风力发电、超高压电力输送、深海油气开发、资源节约及环境治理等重大工程的顺利实施做出了巨大贡献。前沿新材料当前以基础研究为主，产业尚处于发展初期，正经历从实验室向商业应用的过渡时期，我国前沿材料许多领域处于与国际并跑阶段，但产业规模与体量较小，大规模应用尚未到来。
　　＂十三五＂以来，在国家的大力支持下，通过新材料业界协同攻关，关键材料突破了一批关键核心共性技术，研发了一批关键核心材料及产品，支撑了一批重大工程和关键型号建设，基本形成了完善的技术创新和产业发展体系，为我国经济社会及国防安全的发展做出了重要贡献。据统计，我国新材料产业市场规模快速扩张，从2011年的0.8万亿元增长到2020年的5万亿元。
　　部分新材料重点领域产业规模已位居世界前列。例如，我国碳纤维产能和实际用量两项指标均跨入世界前三位，多种电子陶瓷产品的产量在世界占首位，我国新型显示材料产值全球第一。
　　（四）创新能力不断提升，一系列核心技术取得重大突破
　　新材料产业发展始终坚持＂需求牵引、创新发展＂的原则，我国新材料产业研发能力在不断积累中逐步增强，自主创新能力不断提升，新材料品种不断增加。在一些涉及＂受制于人＂的重点、关键新材料从制备、工艺流程到新产品开发及节能、环保和资源综合利用等方面取得重大突破。在高温合金方面，我国已形成研发应用体系，研制出200多个牌号的合金及其零部件。近年来，国家高度重视，高温合金技术进步加快，授权专利年均增长30%，研发单位和生产企业的装备水平已进入国际先进行列。先进半导体材料方面，直径200mm以下硅材料已具备产业规模；掌握了满足65 90nm线宽集成 电路用300mm硅片制备技术和无位错450mm硅单晶实验室制备技术。
　　（五）产业集聚效应明显，区域特色产业集群初步形成
　　近年来，我国新材料产业正呈现出快速集聚并形成特色产业集群的趋势，各地根据自身资源、人才、区位和产业基础，充分发挥比较优势，出台专项规划和行动方案，支持新材料产业特色发展，逐步形成了特色鲜明、各具优势的区域分布格局，产业集聚效应不断增强。京津冀、长三角、珠三角等沿海发达地区依托人才、市场优势，形成新材料研发与应用为主的新材料产业集群。
　　4、我国新材料产业发展存在问题及分析
　　虽然我国新材料取得了有目共睹的成绩，但依然存在诸多问题。
　　（一）新材料对外依赖度高，产业基础能力薄弱
　　从中国工程院开展的产业链安全性评估结果可看出，我国新材料对外依赖度高，产业基础能力薄弱。我国高端材料大量依赖进口，如我国虽然集成电路和显示产业规模居世界前列，但集成电路材料和显示材料70%以上尚需进口。部分领域材料研发与生产脱节，材料、工艺与装备多学科交叉融合研究不足，流程和装备问题未受到重视，导致企业生产被迫陷入＂依靠市场换技术＂和＂成套引进—加工生产—再成套引进—再加工生产＂的怪圈，导致＂天价的技术及装备＂和＂低端产品低价竞争＂。部分关键原辅材料依赖国外进口，已成为制约我国新材料高性能化和高端元器件及零部件制造的重大瓶颈。
　　（二）引领发展能力不足，难以抢占战略制高点
　　新材料的发明和应用引领着全球的技术革新，不仅推动了已有产业的升级，而且催生了诸多新兴产业。无论是20世纪50年代崛起的半导体产业，还是90年代崛起的网络信息技术产业乃至现在的信息通信技术（Information Communication Technology，ICT）产业，无一不是由单晶硅、光纤等革命性新材料的发明、应用和不断更新换代促成的。高铁、飞机、汽车等现代交通工具的绿色化、轻量化发展也迫切需要以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的一系列新型复合材料的支撑。例如，波音787梦想客机的复合材料用量达50%，可实现整机减重超过20t和油耗降低超过20%。然而，在上述发挥引领作用的重大材料突破中，中国人的贡献乏善可陈。事实上，从19世纪70年代开始的第二次工业革命以来的近150年间，中国人在新材料引领产业发展方面基本上没有做出实质性贡献；我国在新材料领域的引领发展能力严重不足，更罔谈抢占战略制高点。
　　目前，国际产业巨头不仅在多数高端领域占据垄断地位，还在不少前沿领域再次实现率先发展，未来我国可能处于更加不利的位置。比如对于第三代半导体，富士通、英飞凌、三菱等跨国公司都已初步完成产业布局，并陆续开发出新一代产品，在高速列车、智能电网、5G通信等领域实现了应用。与之比较，我国尚处于发展初期，仅在照明领域具备一定优势。
　　（三）投资分散，初创期融资能力弱，缺少统筹
　　我国部分新材料领域的产业结构不够合理，新材料产业的投资和支持只看到一些＂点＂，尚未形成以点带线、以线带面的联动效应。国家更愿意把扶持资金发放到国有企业和科研院所，对民营企业设置的条件太多。以新型显示材料为例，近几年有20多家生产有机发光二极管（OLED）材料的公司成立，主要来自私人投资或风投，但缺乏统一部署，研发力量薄弱，资金投入小而分散，没有长远规划，市场追逐短平快项目。
　　（四）管理支撑体系不健全，未形成良好生态
　　材料测试、表征、评价、标准等材料支撑体系贯穿材料研发、生产、应用全过程，是材料产业提质升级的基础。完善的材料综合性能测试和应用技术评价体系是持续支撑技术及行业发展的基石，统一、科学、规范的标准体系是产业上下游交互的基础，是实现降低产品成本、提升研发效率的关键。
　　我国虽然拥有众多的材料测试评价机构，但材料测试评价机构普遍规模较小，部分测试评价方法落后，高性能测试仪器设备未能完全自主掌握，长期依赖进口，部分高端仪器设备长期闲置，高水平测试评价人才不足，市场化服务能力弱。新材料测试评价数据积累不足、缺乏共享，应用企业对新材料生产企业的测试评价结果缺乏信任，导致产业链上下游良性互动通道受阻。大部分测试评价机构的国际话语权不足，难以提升产品的国际竞争力。
　　5、发展思路
　　根据中国工程院重大咨询项目＂新材料强国2035战略研究＂成果，以及国家新材料产业发展专家咨询委员会编制的新材料产业＂十四五＂规划思路，我国下一阶段新材料发展总体思路为：面向在世界材料强国行列中占有一席之地的战略目标，围绕保障国家安全、产业安全、科技安全的重大需求，着力破解核心系统、补强重大工程和应用系统中器件的核心问题。以新材料产业高质量发展为目标，建立高效协同的常态化管理机制，进行合理分工协作，通过产业链、创新链、资金链三链合一，相互对接，相互融合，提升新材料产业治理体系能力、产业基础能力水平和现代产业体系发展水平。新材料产业总体水平与世界新材料强国差距大幅缩小，重点新材料领域总体技术和应用与国际先进水平同步，部分达到国际领先水平。
　　（一）目标
　　1. 先进基础材料。 到2035年，基础材料中中高端产品占比达到50%，基础材料进入全球产业价值链的中高端，二氧化碳等温室气体排放减少20%，绿色制造达到国际一流水平，基础材料的设计、生产、服务全过程基本实现智能化。
　　2. 关键战略材料。 关键战略材料实现全面自主保障。关键战略材料产业体系全面建成，实现资源平衡利用、供给保障有力，绿色、创新、可持续产业体系全面建成，整体水平达到国际领先水平。
　　3. 前沿新材料。 到2035年，前沿新材料领域拥有一批具有全球影响力的跨学科研究团队，形成一批具有国际领先水平的原创性研究成果；在3D打印（又称三维打印、增材制造）材料、智能仿生与超材料、液态金属、气凝胶材料等方向实现引领发展；形成完善的材料研发和产业化体系，形成若干条完整的前沿新材料产业链，培育若干个基于前沿新材料的颠覆性技术产业集群，部分关键零部件获得长期稳定的应用。
　　（二）重点任务
　　1. 实施重点领域短板材料产业化攻关
　　推动＂重点新材料研发及应用重大项目＂启动，集中突破一批关键短板材料。以50种有望在五年内实现规模化应用的新材料为突破口，组织重点新材料研制、生产和应用单位联合攻关，提升新材料产业基础保障能力。推动实施产业基础再造工程，提升产业基础能力。
　　2. 加强新材料成果转化能力
　　夯实新材料创新体系薄弱环节，补齐新材料创新链条中科技成果转化成功率低的短板，构建20个以上规模逐级放大的新材料中试中心，加快整合各地创新资源，在此基础上成立6家以上＂国家新材料工程转化中心＂。继续优化首批次保险补偿机制，完善新材料生产及应用领域国有资本考核机制，加速新材料推广应用。
　　3. 完善创新能力体系建设
　　建立起以企业为主体、市场为导向、产学研用紧密结合的自主创新体系，加快新材料创新平台布局。在应用端继续推动国家新材料生产应用示范平台，在材料开发端布局部分关键材料领域和前沿材料领域一批创新平台，推动数字研发中心建设。加强新材料人才培养，促进国际人才交流合作。鼓励新材料学科发展，注重培养基础扎实、视野开阔的研究型人才，培养有工匠精神、实践操作能力强的应用型人才。有序开展国际交流，提高交流实效。
　　4. 推进新材料产业协同发展
　　加速推动新材料产业集聚区培育，支持建立产业集聚区培育平台，加强新材料产业链相关产业、科研机构、成果转化机构、高等院校、服务贸易机构、金融机构等各类业态与产业集聚区的融合协同，推动形成高效协同融合发展集聚区试点示范（现代产业体系试点示范）。
　　5. 开展新材料领军能力建设
　　针对我国具有优势或潜在优势的新材料品种，实施＂新材料长项技术和产品提升专项行动＂，支持重点企业面向国内外市场需求，巩固和强化竞争优势，形成一批国际知名品牌和新材料行业巨头，以期在国际竞争中形成战略反制能力。
　　6. 攻克一批新材料生产用核心装备及核心原辅料
　　实施＂材料装备一体化行动＂，组织新材料生产单位、装备研制单位、高校、科研院所等开展联合攻关，加快专业核心装备的研发和应用示范，解决新材料研发、生产、测试所需的核心设备、仪器、控制系统等不能自主生产的问题。对新材料生产原辅料相关的国际、国内矿产资源和加工生产技术，实施＂新材料专用原辅料保障行动＂，提升保障能力。
　　来源：前沿材料、石化智汇网
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