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新材料成高技術競爭關鍵領域

來源:科技日報 作者: 時間:2023-04-24

新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎性產(chǎn)業(yè),也是高技術競爭的關鍵領域。2012年以來,我國新材料產(chǎn)業(yè)在創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、集聚效應等方面取得了長足進步,形成了全球門類最齊全、規(guī)模第一的材料產(chǎn)業(yè)體系。“十四五”規(guī)劃綱要對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了科學部署。

 

我國新材料自主創(chuàng)新步伐加快

 

什么是新材料?我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如何?

唐廣波(中國產(chǎn)業(yè)基礎能力發(fā)展戰(zhàn)略研究院首席專家、咨詢研究部主任):新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料,以及傳統(tǒng)材料在成分、工藝改進后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能的材料。前者如石墨烯,2004 年首次從石墨中分離得到,是目前世界上已知最薄的材料,強度比最好的鋼高100 多倍,同時導電、導熱性能優(yōu)異,具有廣泛應用前景。后者如銅合金,目前通過成分和工藝的改進,不斷提高某方面性能或產(chǎn)生新功能,在信息、能源、高端制造等關鍵領域得到新的應用。新材料的范疇隨著經(jīng)濟發(fā)展、科技進步、產(chǎn)業(yè)升級發(fā)生變化。

我國新材料研發(fā)和應用發(fā)端于國防科技工業(yè)領域。以高溫合金為例,我國高溫合金起步于1956 年,最初是為戰(zhàn)機研制噴氣式發(fā)動機材料,歷經(jīng)60 多年發(fā)展,從無到有、從跟蹤仿制到自主研發(fā)、從以軍用為主到軍民兩用,逐步建立了自主的高溫合金材料體系,既保障了航空領域的高端應用需求,也支撐了航天、核工程、能源動力、石化化工、冶金等領域的廣泛應用需求。碳纖維、特種玻璃、功能陶瓷、功率半導體等發(fā)展歷程也與之類似,都是從軍用逐步擴展到民用。近年來,這種態(tài)勢有所改變,特別是在一些市場化程度較高的領域,某些新材料或在民用領域優(yōu)先發(fā)展。

與發(fā)達國家相比,我國新材料技術與產(chǎn)業(yè)起步較晚。2010 年《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》發(fā)布,首次將新材料作為一個獨立的產(chǎn)業(yè)培育。“十三五”規(guī)劃綱要、“十四五”規(guī)劃綱要都把新材料作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)予以重點支持,《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等文件,明確了新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標方向、重點任務和政策措施。2016 年國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展領導小組成立,統(tǒng)籌推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點工作。2017 年國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會成立,加強產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策咨詢。一系列政策措施加力提效,對新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到了積極推進作用。

黨的十八大以來,我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了長足進步,躋身全球第二梯隊前列,朝著新材料強國邁進。

一是發(fā)展質(zhì)量不斷提升。產(chǎn)業(yè)規(guī)??焖僭鲩L的同時,產(chǎn)業(yè)結(jié)構持續(xù)優(yōu)化。從市場規(guī)???,我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值由2010 年的0.65 萬億元提高到2022 年的6.8 萬億元。稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等新材料產(chǎn)能居世界前列,占全球市場份額50%以上。從品種結(jié)構看,高性能碳纖維、高品質(zhì)特殊鋼、高強輕合金、特種橡膠等曾經(jīng)大量依賴進口的新材料實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn);光刻膠、電子特氣等新材料研制生產(chǎn)進程加快,產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈韌性和安全水平明顯提升。從經(jīng)營主體來看,培養(yǎng)了一大批龍頭企業(yè)和專精特新中小微企業(yè),帶動整個產(chǎn)業(yè)向高端化、智能化、綠色化發(fā)展。

二是創(chuàng)新能力持續(xù)增強。以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研用結(jié)合的新材料創(chuàng)新體系逐漸完善。創(chuàng)新平臺載體方面,擁有全國重點實驗室60 余個,國家工程技術研究中心80 余個,材料及相關領域國家級創(chuàng)新中心10 余個,以及包括生產(chǎn)應用示范平臺、測試評價平臺、資源共享平臺在內(nèi)的國家新材料重點平臺32 個,材料領域國家實驗室已啟動建設。創(chuàng)新人才隊伍方面,研究領域與材料直接相關的兩院院士超過200 人,科技人員超過150 萬人。創(chuàng)新基礎設施方面,同步輻射裝置、軟X 射線自由電子激光裝置、綜合極端條件實驗裝置、散裂中子源、納米真空互聯(lián)實驗站等大科學裝置已建成或正在投建。創(chuàng)新成果產(chǎn)出方面,超材料、超導材料、石墨烯、液態(tài)金屬等材料研制取得重大進展,部分新材料研發(fā)與應用實現(xiàn)了與國際先進水平“并跑”甚至“領跑”。

三是集聚效應不斷增強。產(chǎn)業(yè)加速集聚,并逐步形成特色產(chǎn)業(yè)集群。在京津冀地區(qū),電子信息材料、生物醫(yī)用材料、納米材料、超導材料等新材料在全國具有較強競爭優(yōu)勢和特色,產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢明顯;在長江三角洲地區(qū),形成了浙江東陽、寧波、海寧磁性材料特色產(chǎn)業(yè)區(qū)域,杭州灣精細化工特色產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),以及江蘇沿江新材料產(chǎn)業(yè)帶;在粵港澳大灣區(qū),形成了新型顯示材料、無機材料、改性塑料、新型電池、高性能涂料產(chǎn)業(yè)集群。

 

全球新材料需求更加多元

 

從世界范圍看,新材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢?

劉慶(長三角國家技術創(chuàng)新中心主任、長三角先進材料研究院執(zhí)行院長):當前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命深入發(fā)展,對全球競爭格局產(chǎn)生深刻影響。新材料、信息技術和生物技術被列為新技術革命的重要標志,其中新材料是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎,對促進技術創(chuàng)新和提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力具有重要意義。新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平成為衡量一個國家經(jīng)濟社會發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。

全球主要國家均高度重視新材料的研究和開發(fā),紛紛出臺了一系列戰(zhàn)略和政策,同時高新技術的發(fā)展也促使新材料產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,近年來全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計,全球新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值從2016 年約2 萬億美元增長至2020 年近3 萬億美元。從產(chǎn)業(yè)構成來看,先進基礎材料、關鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料分別約占50%、40%、10%。隨著汽車、醫(yī)療器械、信息和航空航天等重要產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展,新材料的需求和產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值預計保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。

從全球競爭格局來看,西方發(fā)達國家普遍在新材料及其支撐體系上長期布局,擁有大部分大型跨國公司,因此在科技、人才、研發(fā)以及市場等方面占據(jù)絕對優(yōu)勢,位于第一梯隊。中國、俄羅斯、韓國等國的新材料產(chǎn)業(yè)整體處于快速發(fā)展期,并在部分領域形成自身優(yōu)勢,位于第二梯隊。第三梯隊是巴西、印度等新興市場經(jīng)濟體。隨著世界經(jīng)濟格局變化,新材料產(chǎn)業(yè)的市場及技術配置方式也將隨之發(fā)生變化,預計地區(qū)差異化將加劇。

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構來看,隨著經(jīng)濟一體化以及工業(yè)技術上各類元器件向微型化、集成化發(fā)展,材料與元器件一體化趨勢明顯,新材料上下游產(chǎn)業(yè)緊密融合,逐漸呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構垂直擴散趨勢,并向集約化發(fā)展。產(chǎn)業(yè)向集約化發(fā)展,一方面有利于產(chǎn)品研發(fā)與下游應用融合,但另一方面也導致寡頭壟斷出現(xiàn)。大型跨國企業(yè)憑借其在技術、人才、市場等方面的優(yōu)勢,建立技術和專利壁壘,主導高技術含量和高附加值的新材料產(chǎn)品領域,通過跨國合作、并購重組構建整個產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

從世界范圍看,新材料產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢。

一是隨著行業(yè)細化,對新材料的需求更加多元化。例如,汽車工業(yè)需要使用輕量化、高強度的新材料,航空航天需要使用耐高溫、抗腐蝕的新材料。同時,新材料產(chǎn)業(yè)的集成化也越來越明顯,新材料與先進制造技術、數(shù)字化技術、生物技術、新能源技術等深度融合,形成復合新材料和智能材料,開發(fā)新產(chǎn)品和新應用。

二是隨著減少碳排放、推進“雙碳”目標以應對氣候變化逐步成為全球共識,新材料產(chǎn)業(yè)必然選擇綠色化和可持續(xù)發(fā)展。例如,新型生物基和可降解材料可替代傳統(tǒng)石油基塑料,減少環(huán)境污染;光伏電池和燃料電池等新能源可替代傳統(tǒng)化石能源,減少碳排放。

三是材料研發(fā)范式和手段發(fā)生深刻變革。人工智能和大數(shù)據(jù)技術的快速突破影響著材料的研發(fā)范式,使其從傳統(tǒng)“試錯式”進入“數(shù)據(jù)驅(qū)動”的第四范式。高時空分辨率的精細表征、數(shù)字化及超精密加工技術的高速發(fā)展,極大地縮短了新材料的設計、研發(fā)、制造加工及應用周期。美國提出的“材料基因組計劃”和歐洲提出的“集成計算材料工程”,為材料全生命周期研發(fā)帶來了從模式到共性關鍵技術的重大變革,極大縮短研發(fā)周期并降低了研發(fā)成本。美國QuesTek 公司利用系統(tǒng)化集成的大數(shù)據(jù)材料開發(fā)技術研發(fā)出了新型抗疲勞合金材料,性能趕超上一代的同時研發(fā)周期縮短一半以上,并應用于美國軍機。

近年來西方國家相繼發(fā)布相關產(chǎn)業(yè)政策,重點推進關鍵新材料創(chuàng)新突破,以期掌握未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導權。例如,美國先后制定了《寬禁帶半導體技術計劃》《材料基因組計劃》《納米技術研究計劃》等多項涉及新材料的戰(zhàn)略發(fā)展計劃,2014 年以來歐盟啟動了《歐盟地平線計劃》《石墨烯旗艦計劃》支持新材料的研究和創(chuàng)新。此外,日本《2020 年日本工業(yè)技術展望報告》、英國《工業(yè)2050 戰(zhàn)略》、德國《工業(yè)4.0 戰(zhàn)略》、韓國《第三次科學技術基本計劃》等一系列發(fā)展計劃都將新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和研發(fā)投入列為核心領域之一。

長期以來,我國在材料科學技術與工程領域進行了規(guī)劃部署。面對國際新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢,我國在新材料領域進一步加強布局與政策引導?!?ldquo;十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》將“重點新材料研發(fā)及應用”作為面向 2030 年體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目之一;2017 年重點新材料首批次應用保險補償機制試點啟動,目前已布局生產(chǎn)應用示范、測試評價、資源共享3 類32 個新材料重點平臺。與此同時,提升原始創(chuàng)新能力以贏得未來發(fā)展主導權也成為材料領域布局的重點。例如,經(jīng)中央批準設立的蘇州實驗室,目前已集聚了一批新材料領域優(yōu)勢科研力量,著力推進材料領域戰(zhàn)略性、前瞻性、基礎性研究工作。

 

新材料產(chǎn)業(yè)”加速跑“正當時

 

全球新一輪產(chǎn)業(yè)分工和貿(mào)易格局加速變革,我國新材料產(chǎn)業(yè)面臨怎樣的發(fā)展機遇?

肖勁松(中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院材料工業(yè)研究所所長):全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命不斷深入,為我國新材料產(chǎn)業(yè)注入了新動力。信息技術、制造技術、能源技術、材料技術、生物技術協(xié)同應用,使得新技術、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)層出不窮,一批標志性通用技術(數(shù)字化制造、5G、大數(shù)據(jù)、增材制造、區(qū)塊鏈等)涌現(xiàn)并向各產(chǎn)業(yè)領域滲透。新材料與這些新技術、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)高度融合,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。隨著全球高新技術產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和制造業(yè)不斷升級,新材料的產(chǎn)品、技術、模式不斷更新,應用領域不斷拓展,市場需求旺盛,產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長。全球新材料產(chǎn)業(yè)每年以10%以上速度增長,已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ母呒夹g產(chǎn)業(yè)之一, 我國新材料產(chǎn)業(yè)每年增速在20%左右。隨著新能源、新一代信息技術、航空航天產(chǎn)業(yè)崛起,新材料的應用市場進一步擴大。我國新材料自主創(chuàng)新步伐加快,為國產(chǎn)新材料推廣應用、規(guī)?;a(chǎn)和迭代升級帶來機遇,關鍵材料的突破和國產(chǎn)化,不僅填補了國內(nèi)市場空白,而且部分進入全球供應鏈體系,極大拓展了市場空間。

“雙碳”目標的驅(qū)動,為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新增長點。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級離不開新材料的支撐,如輕量化材料、生物基材料、節(jié)能環(huán)保材料等。新材料自身發(fā)展也更加重視節(jié)能低碳發(fā)展,從材料的研發(fā)設計、生產(chǎn)應用到回收再利用都高度注重綠色化,不斷突破材料品質(zhì)、裝備等方面的應用極限,帶動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。新材料產(chǎn)業(yè)與“雙碳”目標的結(jié)合成為新的增長熱點, 生物基材料、生物制造等非化石原料的材料和材料制備技術不斷涌現(xiàn),清潔可再生能源或化石能源的潔凈利用等,有效推動了制造業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。

在全球產(chǎn)業(yè)鏈重構、消費升級和“雙碳”戰(zhàn)略推進的新形勢下,我國新材料產(chǎn)業(yè)迎來了歷史性發(fā)展機遇,但也面臨著巨大挑戰(zhàn)。一方面,面臨來自世界各國的競爭壓力。作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的基石與先導,世界各國紛紛布局材料技術和新材料產(chǎn)業(yè),搶占戰(zhàn)略制高點。美國、日本、歐盟等主要發(fā)達國家和地區(qū)持續(xù)制定新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,針對高溫合金、碳纖維及復合材料、新型顯示材料、新能源材料、第三代半導體材料、稀土新材料、石墨烯等新材料重點領域出臺專項政策,進一步鞏固其新材料技術和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。韓國、巴西等新興工業(yè)化國家在技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)培育方面加大力度,出臺了一系列促進新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。另一方面,自身發(fā)展還存在諸多不足。雖然近年來我國新材料產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術創(chuàng)新能力、推廣應用、集群化發(fā)展等方面取得長足進步,但中低端產(chǎn)品過剩和高端產(chǎn)品不足的結(jié)構性矛盾仍然突出。例如,部分高端材料、高性能產(chǎn)品對外依存度較高,產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈存在斷點、堵點;標準體系不健全,專利受制于人,高端人才匱乏;等等。

在全球新一輪產(chǎn)業(yè)分工和貿(mào)易格局加速變革的大背景下,新材料技術和新材料產(chǎn)業(yè)成為全球科技、產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略焦點。對我國來說,加快新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展,是應對國際競爭、搶占未來發(fā)展制高點的關鍵,也是引領材料工業(yè)升級換代,保障國家重大工程建設,推動產(chǎn)業(yè)基礎高級化和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化,實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。

一是加強統(tǒng)籌協(xié)調(diào),形成發(fā)展合力。要充分發(fā)揮國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會的作用, 統(tǒng)籌材料領域相關機構和部門,形成合力,吸納重點企業(yè),建立聯(lián)合工作組,加強新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究,制定相應的路線圖,強化頂層設計和智力支持。

二是強化創(chuàng)新引領,攻克關鍵共性技術。圍繞重點產(chǎn)業(yè)鏈,按照國家科技創(chuàng)新規(guī)劃,組織重點新材料研制、生產(chǎn)和應用單位聯(lián)合攻關,集中突破一批關鍵短板材料、核心裝備、核心原輔料, 提升新材料產(chǎn)業(yè)基礎能力。夯實新材料創(chuàng)新體系薄弱環(huán)節(jié),推動中試、檢驗檢測、資源共享、生產(chǎn)應用、數(shù)據(jù)資源等公共服務平臺,以及創(chuàng)新中心、孵化器等載體建設,加快新材料成果轉(zhuǎn)化, 補齊“最后一公里”。整合各地創(chuàng)新資源,構建以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研用緊密結(jié)合的自主創(chuàng)新體系,優(yōu)化創(chuàng)新生態(tài)。

三是強化人才和政策支撐,營造良好產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。一方面,培養(yǎng)材料領域杰出科學家和卓越工程師,加強國際人才交流合作,引進國外企業(yè)和科研機構設立材料研發(fā)中心。另一方面,完善新材料重點領域標準體系和進出口政策體系,引導并支持新材料企業(yè)“走出去”。