先進材料發展態勢及我國重點發展方向布局

文/吳苗苗

編者按：材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，在人類社會經濟發展中作出了巨大貢獻。新材料的開發源于人類對自然界知識的認知、實踐和總結，而材料技術的進步又對人類社會發展發揮著推動和支撐作用。新材料是世界各國必爭的戰略性新興產業，也成為了當前最重要、發展最快的領域之一。加快發展新材料，對推動技術創新，支撐產業升級，建設制造強國具有重要戰略意義。本文分析了新材料在社會發展中的戰略作用，總結了國內外先進材料的發展現狀與趨勢，明確了我國在新材料領域的發展需求及面臨的挑戰，歸納并提出了未來我國在不同新材料領域的重點發展方向。

一、先進材料在人類社會發展中具有戰略作用

1. 材料是人類社會發展劃時代的里程碑

材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類文明的基石，是人類物質文明發展劃時代的里程碑。材料服務于國民經濟、社會發展、國防建設和人民生活的各個領域，成為經濟建設、社會進步和國家安全的物質基礎和先導，支撐了整個社會經濟和國防建設。“一代裝備，一代材料”向“一代材料，一代裝備”轉變，彰顯了材料的戰略作用。發展材料技術既可促進我國戰略性新興產業的形成與發展，又將帶動傳統產業和支柱產業的技術提升和產品的更新換代。

2. 新材料是高技術和新興產業的基礎和先導

新材料將與高技術深度融合，是戰略性新興產業的支撐和保障。新材料技術密度高、應用范圍廣、配套能力強，具有跨學科、跨領域、跨部門的特點，是現代科學技術的組成部分，也是戰略性新興產業的物質保證和技術支撐。然而，其發展中存在的不足之處將成為制約高技術和新興產業發展的瓶頸。

3. 新材料在新一輪工業革命中將發揮重要作用

從人類工業化進程來看，影響世界至深的三次工業革命均是以材料技術的發展和突破為前提。在新一輪工業革命中，新材料也將起到不可替代的重要作用。現代高技術迅速發展，科學技術轉化為直接生產力的速度加快，工業化與信息化的深度融合都將不斷發掘新的經濟增長點、創建新興產業，新一代科技革命和工業變革正蓄勢待發，新材料將對新一輪科技和工業革命提供重要支撐。

4. 新材料是實現《中國制造2025》目標的有力支撐

《中國制造2025》中，將新材料產業分為有色金屬、鋼材、石化材料在內的先進基礎材料，陶瓷、稀土在內的關鍵戰略材料, 以及3D打印、石墨烯在內的前沿新材料三大板塊，從產業和需求角度對新材料產業提出了發展重點和目標，對新材料產業進行了戰略布局。同時，對我國新材料產業的發展提出了新的要求，如基礎材料要增強供應保障，關鍵戰略材料要打破技術封鎖，前沿新材料盡快實現技術突破。此外，《中國制造2025》強調，新材料要有比傳統材料更優異的性能，能滿足各種需要；突破產業化制備瓶頸；加快基礎材料升級換代；關注顛覆性新材料對傳統材料的影響。

5. 新材料各分支領域各有所長、熱點紛呈

依據《中國制造 2025》《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》《新材料產業發展指南》《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》等相關戰略規劃對我國新材料產業的部署，并結合新材料的主要應用領域，本文將先進材料分為新能源材料、智能材料、生物醫用材料、新一代信息材料、低碳建筑材料、高端裝備用結構材料、高性能復合材料、稀土材料、先進功能材料、納米材料、環保材料及材料基因工程。這些先進材料分支領域各具特點，熱點紛呈，在社會經濟發展和人類生活中發揮著各自的作用。

二、國內外先進材料發展現狀與趨勢

1. 國際先進材料領域發展態勢

當前，新材料已經成為各國必爭的戰略性產業，是經濟發展、社會進步以及國防安全的基礎和先導，對于提高一個國家的整體科技、工業化水平、綜合國力以及構建未來科技制高點和國際優勢競爭力都至關重要。進入21世紀以來，世界各國高度重視新材料。迄今為止，20多個國家已制定了與新材料相關的新興產業發展戰略，啟動100余項專門計劃規劃，在研發、市場、產業環境等不同層面上加強政策扶持力度，推動新材料行業的革新，帶動新一輪科技革命與產業變革的快速發展。

表1 國外部分國家材料領域相關規劃

目前，國際上新材料領域全面領先的國家仍然是美國，日本在納米材料、電子信息材料，韓國在顯示材料、存儲材料，歐盟在結構材料、光學與光電材料、納米材料，俄羅斯在耐高溫材料、航空材料方面有明顯優勢。我國在納米材料、半導體照明、稀土材料等方面的研究水平和成果與國際先進水平基本同步，部分處于領先水平，但在高端材料產業化、部分關鍵材料與專用裝備等方面與國外先進水平還存在一定差距。

先進材料技術整體發展態勢為：材料制備與應用向低維化、微納化、人工結構發展，材料結構功能一體化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備及應用過程綠色化成為材料研發的重要方向；材料研發周期縮短、可應用材料品種快速增長；材料與物理、化學、信息、生物等多學科交叉融合加劇，多學科交叉在材料創新中作用越來越重要；材料研發向更加惠及民生發展，并在資源和能源的可持續發展中發揮著越來越重要的作用。

2. 我國先進材料領域發展態勢

“十二五”以來，我國新材料產業發展取得了長足進步，創新成果不斷涌現，龍頭企業和領軍人才不斷成長，整體實力大幅提升，有力支撐了國民經濟發展和國防科技工業建設。我國新材料領域的發展有以下特點。

（1）積極進行戰略布局

我國政府高度重視新材料產業的發展，發布實施多項政策規劃，積極引導并推動我國新材料產業的發展壯大。進入新時期，為滿足國民經濟和社會發展對新材料的需求，繼“十二五”期間成為七大戰略性新興產業之一后，新材料又被列為《中國制造2025》規劃中重點發展的十大高端領域之一。同時，在“十三五”規劃中，多個章節都涉及新材料領域的戰略布局，國家相繼發布了《新材料產業發展指南》和《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》，新材料已成為我國“十三五”時期的重點布局領域之一。

（2）創新能力穩步增強

近年來，我國新材料領域科技發展十分迅速，創新能力不斷提升。以企業為主體、市場為導向、產學研用相結合的新材料創新體系逐漸完善，新材料國家實驗室、工程（技術）研究中心、企業技術中心和科研院所實力大幅提升，在重大技術研發及成果轉化中的促進作用日益突出。在大飛機專用第三代鋁鋰合金、百萬千瓦級核電用U型管、硅襯底LED（發光二極管）材料、大尺寸石墨烯薄膜等方面積極創新，一批先進產品填補了國內空白。

（3）創新成果不斷涌現

2005年，我國（統計不包含臺灣省和香港特別行政區）材料領域科技論文數達到世界第一位。2011—2015年，我國材料領域SCI論文114734篇，是美國（52865篇）的2.17倍，日本（22148篇）的5.18倍。同時，我國材料高被引論文達到1517篇，是美國（1246篇）的1.22倍，日本（222篇）的6.83倍。2008年，我國材料領域發明專利申請數達到世界第一位。2011—2015年，我國僅鋼鐵、有色、石化、輕工、紡織和建材工業的授權專利為75萬件，其中發明專利23萬件。我國材料領域專業技能人才穩步增長，擁有中科院院士和工程院院士210人，研發科技人員115萬人，每年材料類大學本科畢業生4萬余人、碩士和博士畢業生1萬余人。材料領域初步形成了較完整的研發與產業化體系，擁有國家重點實驗室、國家工程（技術）研究中心和產業化基地等近400家。

（4）產業規模持續增長

我國新材料產業總產值已由2010年的0.65萬億元增至2015年的近2萬億元。空間布局日趨合理，產業集聚效應不斷增強，環渤海、長三角、珠三角等地區新材料綜合性產業集群優勢突出，中西部地區一批特色鮮明的新材料產業基地初具規模。

（5）應用水平明顯提升

我國新材料應用領域不斷拓展，市場潛力巨大，LED等新材料應用示范全球領先，應用數量和規模居于世界前列。先進半導體材料、新型電池材料、稀土功能材料等領域加速發展，高性能鋼鐵材料、輕合金材料、工程塑料等產品結構不斷優化，有效支撐了高速鐵路、載人航天、海洋工程、能源裝備等工程順利實施。生物材料、納米材料應用取得積極進展，新材料在農業、醫療、光通訊等領域的創新應用步入快車道。

3. 我國先進材料領域發展形勢與需求

當前，新一輪科技革命與產業變革蓄勢待發，全球新材料產業的競爭格局正在發生重大調整。新材料與信息、能源、生物等高技術加速融合，大數據、數字仿真等技術在新材料研發設計中作用不斷突出，“互聯網+”、材料基因組計劃、增材制造等新技術新模式蓬勃興起，新材料創新步伐持續加快，國際市場競爭將日趨激烈。

我國新材料產業起步晚、底子薄、總體發展慢，仍處于培育發展階段，新材料行業仍然面臨嚴峻挑戰，主要表現在以下方面：

第一，基礎原材料整體技術水平不高，物耗能耗排放較高，環境污染嚴重（材料行業能耗在工業總能耗和全國能源消費總量中的比重分別達到了60%和44%），產業競爭力不強，利潤率低，部分行業產能嚴重過剩。

第二，核心技術與專用裝備水平相對落后，關鍵材料保障能力不足，核心技術、工藝及裝備仍然部分依賴進口；新興材料產業市場巨大，需求強勁，國際競爭激烈，我國高端材料制造業的競爭力和市場份額急需提高。

第三，創新能力薄弱，新材料行業研發以跟蹤國外較多，原始性創新較少；國家重大工程和國防建設對新材料需求強烈，但新材料配套與工程化能力較弱，高端產品產業化程度偏低；產學研用合作不緊密，人才團隊缺乏，標準、檢測、評價、計量和管理等支撐體系缺失；人才隊伍中基礎研究隊伍不穩，工程應用技術隊伍流動性不夠，新興產業人才流動性過大。

第四，產業布局亂，低水平重復建設多，低端品種產能過剩，產品性能穩定性亟待提高，推廣應用難等問題沒有根本解決，仍然是制約制造強國建設的瓶頸。

三、未來我國先進材料的重點發展方向布局

未來幾年，是我國實施《中國制造2025》、調整產業結構、推動制造業轉型升級的關鍵時期。新一代信息技術、航空航天裝備、海洋工程和高技術船舶、節能環保、新能源等領域的發展，為新材料產業提供了廣闊的市場空間，也對新材料質量性能、保障能力等提出了更高的要求。我們必須緊緊把握歷史機遇，集中力量、加緊部署，進一步健全新材料產業體系，下大力氣突破一批關鍵材料，提升新材料產業保障能力，支撐中國制造實現由大變強的歷史跨越。

1. 國家相關規劃先進材料領域重點布局

當前，先進材料已成為我國布局的重點領域之一，國家層面發布了一系列政策措施進行布局，目前相關規劃的有關先進材料重點領域如下。

表2 中國先進材料領域近期部分相關發展規劃

此外，我國各個區域也都結合當地的特點及優勢，在“十三五”規劃中對新材料產業進行布局。目前，我國在環渤海、長三角、珠三角地區初步形成了三大新材料產業集聚區，三大產業集聚區分別在稀土功能材料、磁性材料、特種纖維材料、航空航天材料、新能源材料、電子信息材料、新型化工材料等進行了布局。

2. 先進材料各細分領域重點發展方向

依據《新材料產業發展指南》、《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》等相關戰略規劃對我國新材料產業的部署，結合新材料的主要應用領域，我國新材料細分領域的重點方向如下表所示：

表3 我國先進材料細分領域重點發展方向