屠海令，張世榮，李騰飛

（北京有色金屬研究總院，北京 100088）

我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究

屠海令，張世榮，李騰飛

（北京有色金屬研究總院，北京 100088）

新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其發(fā)展關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國家安全。本文介紹了國內(nèi)外新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題，并提出了今后發(fā)展的重點方向和政策建議。

新材料產(chǎn)業(yè)；發(fā)展戰(zhàn)略；建議

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.04.014

一、前言

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)材料成分、工藝改進(jìn)后性能明顯提高或具有新功能的材料。融入了當(dāng)代眾多學(xué)科先進(jìn)成果的新材料產(chǎn)業(yè)是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是發(fā)展其他各類高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。

縱觀歷史，新材料可以導(dǎo)致顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)，從而推動產(chǎn)業(yè)變革。如白光發(fā)光二極管（WLED）的出現(xiàn)，開辟了照明新紀(jì)元；液晶屏替代陰極攝像管，曾帶來了顯示革命[2]；現(xiàn)在有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）[3]、印刷顯示、激光顯示又將崛起，可謂一代材料、一代器件、一代整機(jī)。經(jīng)過多年努力，我國新材料產(chǎn)業(yè)取得了重要成就，技術(shù)水平日益提高，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，具有自主創(chuàng)新能力的新材料產(chǎn)業(yè)體系正在形成，為我國以航空航天、軌道交通、信息、生物、新能源等為代表的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)突破技術(shù)瓶頸、實現(xiàn)跨越發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。

但總體上看，我國新材料產(chǎn)業(yè)的競爭力仍需加強(qiáng)，以企業(yè)為主體的自主創(chuàng)新體系亟待完善，部分核心關(guān)鍵材料受制于人，高端材料對外依存度依然較高。為此，抓緊機(jī)遇，合理規(guī)劃，提升新材料產(chǎn)業(yè)的支撐能力勢在必行，這對加快我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、增強(qiáng)國防軍工實力、實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)具有重要的戰(zhàn)略意義。

表1 世界各國有關(guān)新材料領(lǐng)域的發(fā)展計劃[4]

二、國外新材料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，世界各國紛紛在新材料領(lǐng)域制定了相應(yīng)的規(guī)劃(見表1)，全面加強(qiáng)研究開發(fā)，并在市場、產(chǎn)業(yè)環(huán)境等不同層面出臺政策。美國于2009年、2011年和2015年三度發(fā)布《國家創(chuàng)新戰(zhàn)略》，其中清潔能源、生物技術(shù)、納米技術(shù)、空間技術(shù)、健康醫(yī)療等優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域均涉及新材料；2012年制定的《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》，進(jìn)一步加大對材料科技創(chuàng)新的扶持力度。歐盟為實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、消除發(fā)展痼疾、應(yīng)對全球挑戰(zhàn)，于2010年制定了《歐洲2020戰(zhàn)略》，提出三大戰(zhàn)略重點。德國政府發(fā)布了《創(chuàng)意、創(chuàng)新、繁榮：德國高技術(shù)2020戰(zhàn)略》，其中“工業(yè)4.0”是十大未來項目中最為引人注目的課題之一。2013年英國推出《英國工業(yè)2050》，重點支持建設(shè)新能源、智能系統(tǒng)和材料化學(xué)等創(chuàng)新中心。日本于2010年發(fā)布了《新增長戰(zhàn)略》和《信息技術(shù)發(fā)展計劃》。韓國于2009年公布了《綠色增長國家戰(zhàn)略及五年行動計劃》和《新增長動力規(guī)劃及發(fā)展戰(zhàn)略》。巴西、印度、俄羅斯等新興經(jīng)濟(jì)體采取重點趕超戰(zhàn)略，在新能源材料、節(jié)能環(huán)保材料、納米材料、生物材料、醫(yī)療和健康材料、信息材料等領(lǐng)域制定專門規(guī)劃，力圖在未來國際競爭中搶占一席之地。

在全球化趨勢日益加快的背景下，新材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)以下主要特點和趨勢。

（一）高新技術(shù)發(fā)展促使材料不斷更新?lián)Q代

高新技術(shù)的快速發(fā)展對關(guān)鍵基礎(chǔ)材料提出新的挑戰(zhàn)和需求，同時材料更新?lián)Q代又促進(jìn)了高技術(shù)成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。例如，微電子芯片集成度及信息處理速度大幅提高，成本不斷降低，硅材料發(fā)揮了重要作用。目前，300 mm硅片可滿足14 nm技術(shù)節(jié)點的集成電路要求，450 mm硅片已產(chǎn)出樣片[5]。全球硅材料技術(shù)和產(chǎn)量按直徑的演化見圖1。低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）的研發(fā)取得重要突破，大量無源電子元件整合于同一基板內(nèi)已成為可能[6]。伴隨著先進(jìn)材料研究技術(shù)的不斷延展，也產(chǎn)生了諸多新興產(chǎn)業(yè)。如氮化鎵等化合物半導(dǎo)體材料的發(fā)展，催生了半導(dǎo)體照明技術(shù)；白光LED的光效已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過白熾燈和熒光燈，給照明工業(yè)帶來革命性的變化。太陽能電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高，極大地推動了新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。鎂合金與鈦合金等高性能結(jié)構(gòu)材料的加工技術(shù)取得突破，成本不斷降低，研究與應(yīng)用重點由航空、航天以及軍工擴(kuò)展到高附加值民用領(lǐng)域?；诜肿雍突虻扰R床診斷材料和器械的發(fā)展，使肝癌等重大疾病得以早日發(fā)現(xiàn)和治療；介入器械的研發(fā)催生了微創(chuàng)和介入治療技術(shù)，使心臟病及其他疾病的死亡率大幅下降[7]。

圖1 全球硅材料技術(shù)和產(chǎn)量按直徑的演化

（二）綠色、低碳成為新材料發(fā)展的重要趨勢

以新能源為代表的新興產(chǎn)業(yè)崛起，引起電力、建筑、汽車、通訊等多個產(chǎn)業(yè)發(fā)生重大變革，拉動上游產(chǎn)業(yè)如風(fēng)機(jī)制造、光伏組件、多晶硅等一系列制造業(yè)和資源加工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)智能電網(wǎng)、電動汽車等輸送與終端產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)通過立法，促進(jìn)節(jié)能建筑和光伏發(fā)電建筑的發(fā)展，目前歐洲80 %的中空玻璃使用LOW–E玻璃，美國LOW–E中空玻璃普及率達(dá)82 %[8]；光伏裝機(jī)容量不斷提高，圖2為近年來全球光伏累計裝機(jī)容量[9]。通過提高新型結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)韌性、提高溫度適應(yīng)性、延長壽命以及材料的復(fù)合化設(shè)計可降低成本、提高質(zhì)量，如T800碳纖維抗壓縮強(qiáng)度（CAI）達(dá)到350 MPa，使用溫度達(dá)到400 ℃以上并在大型飛機(jī)和導(dǎo)彈的主結(jié)構(gòu)件中得到大量應(yīng)用。功能材料向微型化、多功能化、模塊集成化、智能化等方向發(fā)展以提升材料的性能；納米技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的融合將產(chǎn)生體積更小、集成度更高、更加智能化、功能更優(yōu)異的產(chǎn)品。綠色、低碳的新材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化將成為未來發(fā)展的主要方向，在追求經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的同時更加注重資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、公共健康等社會目標(biāo)。

（三）跨國集團(tuán)在新材料產(chǎn)業(yè)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位

目前，世界著名企業(yè)集團(tuán)憑借其技術(shù)研發(fā)、資

金和人才等優(yōu)勢不斷向新材料領(lǐng)域拓展，在高附加值新材料產(chǎn)品中占據(jù)主導(dǎo)地位。信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等企業(yè)占據(jù)國際半導(dǎo)體硅材料市場份額的80 %以上。半絕緣砷化鎵市場90 %以上被日本的日立電工、住友電工、三菱化學(xué)和德國FCM所占有。Dow Chemical公司、GE公司、Wacker公司和Rhone–Poulenc公司及日本一些公司基本控制了全球有機(jī)硅材料市場。Du Pont、Daikin、Hoechst、3M、Ausimont、ATO和ICI等7家公司擁有全球90 %的有機(jī)氟材料生產(chǎn)能力。美國科銳（Cree）公司的碳化硅襯底制備技術(shù)具有很強(qiáng)市場競爭力，飛利浦（Philips）控股的美國Lumileds公司的功率型白光LED國際領(lǐng)先，美、日、德等國企業(yè)擁有70 % LED外延生長和芯片制備核心專利。小絲束碳纖維的制造基本被日本的東麗纖維公司、東邦公司、三菱公司和美國的Hexel公司所壟斷，而大絲束碳纖維市場則幾乎由美國的Fortafil公司、Zoltek公司、Aldila公司和德國的SGL公司4家所占據(jù)。美鋁、德鋁、法鋁等世界先進(jìn)企業(yè)在高強(qiáng)高韌鋁合金材料的研制生產(chǎn)領(lǐng)域居世界主導(dǎo)地位。美國的Timet、RMI 和Allegen Teledyne等三大鈦生產(chǎn)企業(yè)的總產(chǎn)量占美國鈦加工總量的90 %，是世界航空級鈦材的主要供應(yīng)商。

圖2 2006—2014年全球光伏累計裝機(jī)容量[9]

圖3 材料基因組要素

（四）新材料研發(fā)模式變革成為關(guān)注的重點

進(jìn)入21世紀(jì)以來，發(fā)達(dá)國家逐漸意識到依賴于試錯的傳統(tǒng)材料研究方法已跟不上工業(yè)快速發(fā)展的步伐，甚至可能成為制約技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。因此，亟需革新材料研發(fā)方法，加速材料從研發(fā)到應(yīng)用的進(jìn)程。例如，作為美國政府“先進(jìn)制造伙伴計劃”（AMP）的重要組成部分， 2011年啟動的“材料基因組計劃”（MGI），其新材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的速度至少提高一倍，成本至少降低一半，旨在發(fā)展以先進(jìn)材料為基礎(chǔ)的高端制造業(yè)，并繼續(xù)保持其在核心科技領(lǐng)域的優(yōu)勢[10–12]，材料基因組要素見圖3。MGI的具體內(nèi)容包括：①發(fā)展高通量計算工具和方法，減少耗時費力的實驗，加快材料設(shè)計；②發(fā)展和推廣高通量材料制備和檢測工具，更快地進(jìn)行候選材料驗證和篩選；③發(fā)展和完善材料數(shù)據(jù)庫/信息學(xué)工具，有效管理材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用全過程數(shù)據(jù)鏈；④培育開放、協(xié)作的新型合作模式。

在這場變革材料研發(fā)模式過程中，歐盟、日本

等也啟動了類似的科學(xué)計劃。例如，歐盟以輕量、高溫、高溫超導(dǎo)、磁性及熱磁、熱電和相變記憶存儲等六類高性能材料需求為牽引，推出了“加速冶金學(xué)”（ACCMET）計劃。

三、 我國新材料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

“十二五”以來，我國政府高度重視新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等國家層面戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺，工信部、發(fā)改委等有關(guān)部委相繼發(fā)布了新材料產(chǎn)業(yè)及其他戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的相關(guān)發(fā)展規(guī)劃（見表2）。科技部發(fā)布了相關(guān)科技發(fā)展專項規(guī)劃，其中綠色制造科技發(fā)展、半導(dǎo)體照明科技發(fā)展、綠色建筑科技發(fā)展、潔凈煤技術(shù)科技發(fā)展、海水淡化科技發(fā)展[13]、新型顯示科技發(fā)展、國家寬帶網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展、中國云科技發(fā)展、醫(yī)學(xué)科技發(fā)展、服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展、高速列車科技發(fā)展、制造業(yè)信息化、太陽能科技發(fā)展以及風(fēng)力發(fā)電、智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程等，都包含了新材料的研發(fā)和應(yīng)用內(nèi)容。

表2 我國與新材料產(chǎn)業(yè)相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃

（一）新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大

2015年我國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模約1.9萬億元。稀土功能材料、先進(jìn)儲能材料、光伏材料、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復(fù)合材料等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能居世界前列。2015年太陽能電池組件達(dá)到23 GW，同比增長20.8 %；半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)初步形成了從上游外延材料生長與芯片制造、中游器件封裝到下游集成應(yīng)用的比較完整的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系，2015年產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過5 000億元。2014年我國半導(dǎo)體硅材料產(chǎn)量達(dá)到4億in2（1 in2=6.451 6 cm2），約占全球份額的4 %，相比2010年增長23 %；浮法在線低輻射和陽光控制節(jié)能玻璃生產(chǎn)線已超過20條，離線磁控濺射節(jié)能玻璃生產(chǎn)線已超過150條，節(jié)能玻璃材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了300億元；稀土磁性材料[14]、稀土發(fā)光材料、稀土儲氫材料[15]等稀土功能材料的產(chǎn)量約占全球份額的80 %；主要功能陶瓷元器

件產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長到251億元。圖4為2010—2015年中國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模[16]。

（二）新材料研究水平進(jìn)一步提高

進(jìn)入新世紀(jì)以來，通過產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，一批核心關(guān)鍵技術(shù)取得了實質(zhì)性突破，許多重要新材料的技術(shù)指標(biāo)得到大幅提升，部分研究成果在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了推廣應(yīng)用。大直徑硅材料在缺陷、幾何參數(shù)、顆粒、雜質(zhì)等控制技術(shù)方面不斷完善，300 mm硅材料可滿足45 nm技術(shù)節(jié)點的集成電路要求，已成功拉制450 mm硅單晶。人工晶體材料經(jīng)過多年的發(fā)展，偏硼酸鋇（BBO）和三硼酸鋰（LBO）等紫外非線性光學(xué)晶體研究居國際領(lǐng)先水平并實現(xiàn)了商品化； 氟硼鈹酸鉀（KBBF）晶體是國際上唯一可實用的深紫外非線性光學(xué)晶體，并在我國首先成功制備先進(jìn)的科學(xué)儀器；Nd:YAG、Nd:GGG和Nd:YVO4等激光晶體主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，實現(xiàn)了千瓦級全固態(tài)激光輸出[17]。太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，光伏發(fā)電成本降到1元/(kW·h)以下。鋰離子電池正極材料、負(fù)極材料、電解液均能滿足小型電池要求，隔膜、電解質(zhì)鋰鹽等關(guān)鍵材料基本改變了依靠進(jìn)口的局面。通過開展超高分子量聚乙烯纖維、鹵化丁基橡膠以及高性能驅(qū)油聚合物等技術(shù)的工業(yè)化開發(fā)，大幅縮小了我國化工材料產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家的差距。T300級碳纖維實現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)，單線產(chǎn)能提高到1 200 t；T700和T800級碳纖維關(guān)鍵技術(shù)得到突破，實現(xiàn)了批量供貨能力，已開始應(yīng)用于航空航天裝備。研制出強(qiáng)度大于800 MPa的快速凝固噴射沉積鋁合金和新一代高強(qiáng)高韌高淬透性鋁合金，綜合性能達(dá)到國際先進(jìn)水平；開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的銅帶、銅管拉鑄技術(shù)以及銅鋁復(fù)合技術(shù)。亞微米級超細(xì)晶硬質(zhì)合金整體刀具的性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。海底管線鋼X65、X70、X80及厚壁海洋油氣焊管、化學(xué)品船用中厚板均已實現(xiàn)國產(chǎn)化，自主研制的2205型雙相不銹鋼已成功應(yīng)用于化學(xué)品船。關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破和新材料品種的不斷增加，使我國高端金屬結(jié)構(gòu)材料[18]、新型無機(jī)非金屬材料、高性能復(fù)合材料保障能力明顯增強(qiáng)，先進(jìn)高分子材料和特種金屬功能材料自給水平逐步提高。發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《電磁超材料術(shù)語》，基于超材料與射頻技術(shù)開發(fā)的新型衛(wèi)星通信產(chǎn)品獲得了首屆中國電子信息博覽會創(chuàng)新金獎。低成本石墨烯已開始生產(chǎn)，并應(yīng)用于觸摸屏、導(dǎo)熱膜等信息通訊器件。

圖4 2010—2015年我國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模[16]

（三）新材料產(chǎn)業(yè)區(qū)域集聚態(tài)勢明顯

近年來，各級政府積極推動新材料產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，加強(qiáng)資源整合，呈現(xiàn)聚集發(fā)展的良好態(tài)勢，區(qū)域特色逐步顯現(xiàn)，初步形成“東部沿海集聚，中西部特色發(fā)展”的空間格局。長三角工業(yè)基礎(chǔ)雄厚、交通物流便利、產(chǎn)業(yè)配套齊全，已形成了包括航空航天、新能源、電子信息、新型化工等領(lǐng)域的新材料產(chǎn)業(yè)集群。珠三角的經(jīng)濟(jì)主要以外向出口型為主，新材料產(chǎn)業(yè)集中度高，下游產(chǎn)業(yè)拉動明顯，已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，在電子信息材料、改性工程塑

料、陶瓷材料等領(lǐng)域具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。環(huán)渤海地區(qū)技術(shù)創(chuàng)新推動作用明顯，區(qū)域科技支撐能力較強(qiáng)，在稀土功能材料、膜材料、硅材料、高技術(shù)陶瓷、磁性材料和特種纖維等多個新材料領(lǐng)域均具有較大優(yōu)勢。內(nèi)蒙古的稀土新材料，云南和貴州的稀貴金屬新材料，廣西的有色金屬新材料，寧波的釹鐵硼永磁材料，廣州、天津、青島等地的化工新材料產(chǎn)業(yè)，重慶、西安、甘肅金昌、湖南長株潭、陜西寶雞、山東威海及太原等地的航空航天材料、能源材料及重大裝備材料，江蘇徐州、河南洛陽、江蘇連云港等的多晶硅材料產(chǎn)業(yè)等也都形成了各自的區(qū)域特色[19]。

（四）新材料支撐重大應(yīng)用示范工程的作用日益顯現(xiàn)

新材料產(chǎn)業(yè)為我國能源、資源環(huán)境、信息領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐，是建設(shè)重大工程、鞏固國防軍工的重要保障。各級政府組織實施了節(jié)能產(chǎn)品惠民、十城萬盞、金太陽、物聯(lián)網(wǎng)等重大應(yīng)用示范工程，推廣節(jié)能空調(diào)3 000 多萬臺、節(jié)能汽車360多萬輛、高效節(jié)能電機(jī)4×106kW、節(jié)能燈1.6億只、LED燈160萬盞以上；建設(shè)光伏發(fā)電項目340多個；經(jīng)過十城千輛等示范工程及相關(guān)政策的支持，2015年我國新能源汽車產(chǎn)量達(dá)37.9萬輛，居世界第一位，預(yù)計2020年我國新能源汽車的市場保有量將達(dá)到500萬輛，2030年有望達(dá)到1 500萬輛。膜材料在海水淡化方面已經(jīng)獲得應(yīng)用，初步形成了反滲透海水淡化的生產(chǎn)能力，成為我國沿海地區(qū)供水安全保障體系的重要組成部分。以有色金屬結(jié)構(gòu)新材料、特殊鋼材料、難熔金屬、高溫合金和碳纖維及其復(fù)合材料[20]為代表的高性能結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展不可缺少的關(guān)鍵材料，為高速鐵路、大飛機(jī)、載人航天、探月工程、超高壓電力輸送、深海油氣開發(fā)等重大工程的順利實施做出了貢獻(xiàn)。

四、新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢和特點[21]

新材料發(fā)展呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)功能一體化、材料器件一體化、納米化、復(fù)合化、綠色化的特點，其作用在高馬赫數(shù)飛行器、微納機(jī)電系統(tǒng)、新醫(yī)藥、高級化妝品和新能源電池方面發(fā)揮得淋漓盡致。

新材料在行業(yè)科技進(jìn)步中舉足輕重。例如，高性能特殊鋼和高溫合金是高鐵輪對和飛機(jī)發(fā)動機(jī)最好的選擇，超高強(qiáng)鋁合金是大飛機(jī)框架的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，高強(qiáng)高韌耐腐蝕鈦合金則是蛟龍?zhí)枤んw及海洋工程不可或缺的材料。

新材料聯(lián)用或與其他學(xué)科、領(lǐng)域的深度融合成為其發(fā)展的另一特點。高k和更高k材料與新型金屬柵結(jié)合引領(lǐng)集成電路順利走向45 nm及以下技術(shù)節(jié)點。鈣鈦礦材料和有機(jī)材料聯(lián)用催生了有前景的新型太陽電池。智能材料與3D打印結(jié)合形成4D打印技術(shù)。有機(jī)復(fù)合材料、生物活性材料與臨床醫(yī)學(xué)結(jié)合分別產(chǎn)生和發(fā)展了“電子皮膚”和組織再生工程。碳纖維及復(fù)合材料已用于航空航天和先進(jìn)交通工具。化合物半導(dǎo)體材料使太赫茲技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、反恐方面得以應(yīng)用。超材料[22]以微結(jié)構(gòu)和先進(jìn)材料結(jié)合，在電磁波和光學(xué)領(lǐng)域獲得引人注目的成果。柔性電子學(xué)材料、新能源材料、生物醫(yī)用材料的市場前景廣闊。自旋電子學(xué)材料、鐵基及新型超導(dǎo)材料的研究方興未艾。阻變、相變及磁存儲材料將改變傳統(tǒng)的半導(dǎo)體存儲器。富勒烯、石墨烯、碳納米管開辟了碳基材料的發(fā)展前景；石墨烯剝離成功，更引發(fā)了二硫化鉬、單層錫、黑磷、硅烯、鍺烯等二維材料的研究熱潮[23,24]。

高通量計算、高通量合成與表征以及大型數(shù)據(jù)庫加速了新材料設(shè)計、性能預(yù)測和制備工藝模擬，大幅縮短了研發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，為新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供了變革性的新方式。低錸高溫合金和新型鋰離子電池電極材料就是很好的實例。最近，在拓?fù)浣^緣體材料中，計算預(yù)測的量子反?；魻柆F(xiàn)象已被實驗證實[25]。

新材料的研發(fā)與生產(chǎn)重視節(jié)能環(huán)保與可再生，并進(jìn)行全生命周期評價。諸如有毒材料的替代，中重稀土的減量使用，膜材料用于海水淡化，建筑節(jié)能材料的應(yīng)用，生物基材料的研發(fā)以及“短小輕薄”理念付諸實踐等。同時，低碳及環(huán)境友好的制備技術(shù)也得到了快速發(fā)展。

注重軍民融合，開拓軍民兩用產(chǎn)品市場是新材料發(fā)展的趨勢。寬禁帶碳化硅、氮化鎵基的下一代射頻高能效高功率器件即將成為有潛力的軍民融合的高端電子產(chǎn)品。

此外，新材料制備的新方法、新工藝、新裝備至關(guān)重要，須協(xié)調(diào)發(fā)展。新材料的研究成果正快速產(chǎn)業(yè)化并不斷降低成本。新材料的研發(fā)、工程化與

產(chǎn)業(yè)化成為各國研究單位、大學(xué)、企業(yè)、政府和市場關(guān)注和著力的重點。

五、我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

改革開放以來，我國新材料產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平不斷提升，在個別領(lǐng)域已經(jīng)處于國際領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)加快布局，宏觀發(fā)展環(huán)境積極改善，為下一步加快發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。新材料已成為我國“工業(yè)強(qiáng)基”的四大支柱之一，同時，“中國制造2025”也亟需大量新材料[26]。但總體來看，我國新材料產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平相比仍有較大差距，發(fā)展過程中還存在一些突出矛盾和問題，這已成為制約新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸，主要體現(xiàn)在以下四個方面。

（一）頂層設(shè)計和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)不夠，存在低水平重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象

從目前國內(nèi)各地區(qū)發(fā)布的新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來看，相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局頂層設(shè)計不足，沒有立足于自身條件和優(yōu)勢進(jìn)行合理定位和差異化分工，存在著嚴(yán)重的趨同現(xiàn)象。一些產(chǎn)業(yè)已出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈上游的產(chǎn)品無法在下游使用，致使上游產(chǎn)能過剩、下游市場有效供給不足的現(xiàn)象。此外，盲目跟風(fēng)式投入依然沒有得到有效遏制，其結(jié)果不僅會造成重復(fù)建設(shè)和產(chǎn)能過剩，還會影響到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。

（二）原始創(chuàng)新能力不足，共性技術(shù)研發(fā)與支撐能力不強(qiáng)，高端產(chǎn)品自給率不高

我國新材料原始創(chuàng)新能力不足，缺乏不同學(xué)科之間的深層次交流和原創(chuàng)性的理論研究。企業(yè)作為創(chuàng)新主體，參與創(chuàng)新研發(fā)少、生產(chǎn)跟蹤仿制多，普遍存在關(guān)鍵技術(shù)自給率低、發(fā)明專利少、關(guān)鍵元器件和核心部件受制于人。產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)是提高自主創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。目前我國大多數(shù)行業(yè)沒有專門的產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)，共性技術(shù)研發(fā)處于缺位狀態(tài)；由于缺乏良好的資源配置機(jī)制和持續(xù)有效的投入，因而無法在技術(shù)源頭上支撐自主創(chuàng)新。此外，我國新材料沒有形成大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料牌號與體系；通用基礎(chǔ)原材料的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范和材料工藝質(zhì)量控制規(guī)范尚不完善；缺少符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新材料結(jié)構(gòu)設(shè)計—制造—評價共享數(shù)據(jù)庫，基礎(chǔ)支撐體系缺位。多數(shù)企業(yè)仍在“引進(jìn)—加工生產(chǎn)—再引進(jìn)—再加工生產(chǎn)”的怪圈里掙扎，使得“中國制造”產(chǎn)品中缺乏“中國創(chuàng)造”元素，只能依靠廉價銷售與低層次競爭尋找出路，這在很大程度上制約了新材料產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

（三）新材料投資分散，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完整

目前，我國部分新材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不夠合理，新材料產(chǎn)業(yè)投資支持的是一些“點”，尚未形成以點帶線、以線帶面的聯(lián)動效應(yīng)。國家更愿意把扶持資金投入到國有企業(yè)和科研院所，對民營企業(yè)雖然從政策上鼓勵參與競爭，但從操作層面上看，民營企業(yè)進(jìn)入國家大型項目壁壘重重。此外，作為發(fā)展主體的新材料企業(yè)普遍規(guī)模較小，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，投資分散，成果轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完整。有些行業(yè)的新材料企業(yè)大多集中在中下游環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)配套能力不強(qiáng)。

（四）政策及保障機(jī)制難以適應(yīng)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求

新材料產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重點領(lǐng)域存在著“老辦法管新事物”的現(xiàn)象，創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)入市場困難。行政審批周期長（如醫(yī)療產(chǎn)品）阻礙了企業(yè)創(chuàng)新的積極性。對于開發(fā)風(fēng)險較大的項目，缺少資金保障機(jī)制的支持。市場的準(zhǔn)入機(jī)制也存在一定的缺陷。此外，新材料產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺尚未建立，風(fēng)險投資、中介服務(wù)不能滿足企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求。新材料成果轉(zhuǎn)化和工程化過程需要大量投入，但面向工程化服務(wù)的多元化投融資體系和中介服務(wù)體系尚不完善，制約了新材料創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

六、我國新材料產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展的重點方向

面對新一輪世界科技革命與產(chǎn)業(yè)變革與我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展方式轉(zhuǎn)型升級交匯的關(guān)鍵機(jī)遇期，有必要加速新材料重大技術(shù)突破，重視顛覆性技術(shù)和替代性技術(shù)等創(chuàng)新與應(yīng)用，遴選支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防工業(yè)重大需求的重點領(lǐng)域，營造適宜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，形成良好產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推動經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

表3列出了經(jīng)專家投票匯總的新材料產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展的重點方向與技術(shù)。在培育和發(fā)展過程中，要更加注重提升產(chǎn)品質(zhì)量，推動發(fā)展方式向質(zhì)量效

益型轉(zhuǎn)變，提升核心競爭力；要更加注重資源型新材料的發(fā)展，并與生態(tài)保護(hù)相結(jié)合；要更加注重與新一代信息技術(shù)、新能源和環(huán)境、生物和健康以及智能制造等國家重點領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展，為實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提供新材料支撐；要更加注重材料從研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)到應(yīng)用的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系的系統(tǒng)發(fā)展，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力；要更加注重新材料產(chǎn)業(yè)的能源消耗以及成本費用，建立資源節(jié)約、環(huán)境友好型的技術(shù)體系、生產(chǎn)體系和效益體系，實現(xiàn)綠色協(xié)同可持續(xù)發(fā)展。

表3 新材料產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展的重點方向

七、加快發(fā)展我國新材料產(chǎn)業(yè)的政策建議

面向信息、高端裝備與制造、綠色低碳、生物和數(shù)字創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)以及重大工程的需求，應(yīng)加強(qiáng)新材料產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效和協(xié)同應(yīng)用，提高新材料的基礎(chǔ)支撐能力，推進(jìn)新材料融入全球高端制造供應(yīng)鏈。同時，進(jìn)一步提高重大關(guān)鍵新材料的自給率，布局前沿新材料研發(fā)，形成一批具有前瞻性的創(chuàng)新成果，加快實現(xiàn)我國從材料大國向材料強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，為此提出如下建議。

（一）加強(qiáng)頂層設(shè)計，完善產(chǎn)業(yè)政策

加強(qiáng)國家對新材料基礎(chǔ)研究的投入，高度重視當(dāng)前處于研發(fā)階段的前沿新材料，適度超前安排。著力突破新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程化問題，提高新材料的基礎(chǔ)支撐能力。加快完善有利于推動新材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的政策和法規(guī)體系，制定新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄和投資指南，建立相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，完善產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、資金鏈。遵循“誰投資、誰負(fù)責(zé)”的原則，加強(qiáng)對國有資本投資回報率的監(jiān)管；突出國家對重點行業(yè)的聚焦支持，防止出現(xiàn)“投資碎片化”，集中力量培育和塑造我國名牌新材料產(chǎn)品。

（二）發(fā)揮市場的資源配置作用，建設(shè)以企業(yè)為主體的發(fā)展體系

在注重政府對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略引導(dǎo)作用的基礎(chǔ)上，加快營造新材料相關(guān)企業(yè)自主經(jīng)營、公平競爭的市場環(huán)境，以企業(yè)為投資主體和成果應(yīng)用主體，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，充分發(fā)揮市場配置資源的基礎(chǔ)性作用，提高資源配置效率和公平性。推動優(yōu)勢企業(yè)實施強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、跨地區(qū)兼并重組、境外并購和投資合作，提高產(chǎn)業(yè)集中度，加快培育具有國際競爭力的企業(yè)集團(tuán)。抓住我國工業(yè)化進(jìn)程加速的歷史機(jī)遇，培育、拓展新材料消費市場，特別是中高端市場，以需求帶動發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)上檔次、上規(guī)模，推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，擴(kuò)大與國際制造企業(yè)的全方位合作，推動新材料快速融入全球高端制造供應(yīng)鏈。

（三）加強(qiáng)支撐體系建設(shè)，夯實發(fā)展基礎(chǔ)

進(jìn)一步加大對新材料制備和檢測自動化設(shè)備的研發(fā)支持，集中力量開發(fā)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本的核心裝備，重視新型低成本制造工藝及其配套技術(shù)的開發(fā)，深化發(fā)展新材料的智能化制造技術(shù)。建設(shè)材料設(shè)計與極端條件下性能預(yù)測研發(fā)平臺，制定材料服役性能和全壽命成本指標(biāo)體系，全面提升我國材料應(yīng)用水平。建立新材料結(jié)構(gòu)設(shè)計—制造—評價共享數(shù)據(jù)庫，以下游應(yīng)用為牽引構(gòu)建與國際接軌又具我國特色的材料標(biāo)準(zhǔn)體系[27]。從戰(zhàn)略高度重視和研究新材料產(chǎn)業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)體系，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，鼓勵新材料研發(fā)中的原始創(chuàng)新與集成創(chuàng)新[28]，逐步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的材料牌號與體系，開展協(xié)同應(yīng)用試點示范，搭建協(xié)同應(yīng)用平臺，推進(jìn)新材料產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級換代。

（四）加強(qiáng)人才培養(yǎng)，積極引進(jìn)創(chuàng)新人才

實施創(chuàng)新人才發(fā)展戰(zhàn)略，支持企業(yè)加強(qiáng)創(chuàng)新能力建設(shè)，不斷加大新材料領(lǐng)域創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)力度，吸收國外高水平的技術(shù)和管理人才，建立適合創(chuàng)新人才發(fā)展的激勵和競爭機(jī)制。同時，鼓勵新材料企業(yè)積極開展國際合作與交流，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗，不斷提升我國新材料企業(yè)管理水平。充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會、科研單位和大學(xué)的作用，共同建立新材料專家系統(tǒng)，加強(qiáng)新材料研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的直接溝通和交流。專家系統(tǒng)定期對國內(nèi)外新材料研發(fā)和應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)研和評估，發(fā)揮思想庫作用，就新材料發(fā)展和需要關(guān)注的重點問題提供咨詢意見。

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Research on Development Strategies for China's Advanced Materials Industry

Tu Hailing, Zhang Shirong, Li Tengfei
(General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China)

As a sector of strategic emerging industries, the advanced materials industry is vital for the socioeconomic development and security of the country．This paper describes the current status of the advanced materials industry in China and abroad and discusses weakness of the related enterprises．Finally, we propose the major development directions and make suggestions on government policies for promoting the advanced materials industry.

advanced materials industry; development strategy; suggestion

TB3

A

2016-05-25；

2016-06-28

屠海令，北京有色金屬研究總院，名譽院長，中國工程院院士，研究方向為材料科學(xué)與工程；E-mail: tuhl@grinm.com

中國工程院重大咨詢項目“‘十三五’戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展規(guī)劃研究”(2014-ZD-7)

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