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面向2035 的新材料強(qiáng)國戰(zhàn)略研究

發(fā)表時間:2020-11-06 14:55

來源:中國工程科學(xué)


摘要:材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會進(jìn)步和國防安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國已進(jìn)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(qiáng)國戰(zhàn)略研究,對支撐我國制造強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)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(qiáng)國戰(zhàn)略總體發(fā)展思路、強(qiáng)國特征和發(fā)展目標(biāo);聚焦先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)”平臺建設(shè)等重點(diǎn)領(lǐng)域,研究梳理重點(diǎn)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。關(guān)鍵詞:戰(zhàn)略材料;基礎(chǔ)材料;前沿材料;產(chǎn)業(yè)政策;強(qiáng)國戰(zhàn)略


一、前言

材料服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)、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(jì)建設(shè)、社會進(jìn)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(jì)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(dá)國家相比,我國新材料產(chǎn)業(yè)起步較晚、基礎(chǔ)薄弱?!笆濉币詠?,我國出臺多項政策文件,在材料領(lǐng)域全面部署,對標(biāo)發(fā)達(dá)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(jìn)步、集群效應(yīng)等方面取得了較大進(jìn)步,為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn),已成為名副其實(shí)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(qiáng)國之路任重道遠(yuǎn)。

為推動新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,支撐制造強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)施, 2017 年 12 月,中國工程院正式啟動“新材料強(qiáng)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(jìn)行頂層設(shè)計。項目組織先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)平臺建設(shè)等課題組,聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域,制定面向 2035 的新材料強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略總體思路、強(qiáng)國特征及發(fā)展目標(biāo),針對新材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域提出重點(diǎn)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(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計,2019 年全球新材料產(chǎn)值達(dá) 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(dá)國家和地區(qū),在經(jīng)濟(jì)實(shí)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(dá)國家針對新材料重點(diǎn)領(lǐng)域出臺了相關(guān)專項政策,對重點(diǎn)新材料領(lǐng)域?qū)嵭虚L期精準(zhǔn)扶持和提前戰(zhàn)略布局,促進(jìn)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(jī)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(diǎn)材料領(lǐng)域,國外積極實(shí)施保護(hù)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(jī)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(dá)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(jìn)行管制的領(lǐng)域,涉及先進(jìn)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(jìn)儲能材料、光伏材料、有機(jī)硅、超硬材料、特種不銹鋼等百余種材料產(chǎn)量達(dá)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(kuò)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(fù)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)在大飛機(jī)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(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃(2018—2020年)》《“十三五”先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動計劃( 2018—2020 年)》《重點(diǎn)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(jìn)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、廣東等多個省(自治區(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(shí)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(jìn)行認(rèn)定,尤其是新材料首批次保險補(bǔ)償機(jī)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(bǔ)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(qiáng),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(jì)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(diǎn)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(diǎn) 。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(yán)重缺乏,不僅導(dǎo)致面向材料實(shí)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(biāo)準(zhǔn)不配套、考核驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失,認(rèn)證認(rèn)可質(zhì)量保障服務(wù)不夠,尚未建立完善的材料標(biāo)準(zhǔn)體系。材料檢驗(yàn)檢測等基礎(chǔ)能力差,檢驗(yàn)檢測資源優(yōu)化配置不足,檢測能力不足,檢測市場機(jī)制不完善,檢驗(yàn)檢測服務(wù)能力無法滿足產(chǎn)業(yè)全面需求,檢驗(yàn)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(jìn)出口政策體系和知識產(chǎn)權(quán)法律制度不健全。

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(jì)增長點(diǎn),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(jī)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(yùn)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(yùn)載核心技術(shù)體系,發(fā)展時速 400 km 高速列車、遠(yuǎn)程寬體客機(jī)、新能源汽車等運(yùn)載工具,提升交通運(yùn)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(jī)、高速列車、遠(yuǎn)程寬體客機(jī)、新能源汽車、重型運(yùn)載火箭、航天器等運(yùn)載工具所需核心部件及關(guān)鍵材料進(jìn)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(yùn)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(jī)
高強(qiáng)高韌耐損傷鋁鋰合金等
遠(yuǎn)程寬體客機(jī)
高強(qiáng)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(qiáng)韌鋁合金/鋁鋰合金/鎂合金等關(guān)鍵原材料等
重型運(yùn)載火箭
高強(qiáng)抗富氧燒蝕高溫合金、輕質(zhì)高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維增強(qiáng)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(qiáng)度鋼、鋁合金板材、高強(qiáng)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(jī)“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(qiáng)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)的重大機(jī)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(見表 2)。

表2 能源動力領(lǐng)域新材料需求
應(yīng)用系統(tǒng)
新材料需求
700℃超超臨界火電機(jī)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?xì)廨啓C(jī)
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

(三)信息顯示領(lǐng)域

集成電路與信息顯示是我國電子信息產(chǎn)業(yè)的兩大基石,是信息領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的千億美元級產(chǎn)業(yè),帶動力和輻射力極強(qiáng),在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的戰(zhàn)略地位,信息顯示領(lǐng)域新材料需求見表3。新型信息技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要電子信息材料支撐,當(dāng)前我國電子信息材料研發(fā)技術(shù)與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。

表3 信息顯示領(lǐng)域新材料需求
裝備
應(yīng)用系統(tǒng)
新材料需求
集成電路
硅基集成電路芯片、MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))器件封裝玻璃粉、高性能氮化物陶瓷粉體及基板、光刻膠、氧化鎵單晶、光刻機(jī)用紫外級氟化鈣晶體、高純石英玻璃及制品、大尺寸超高純有色金屬靶材、濕電子化學(xué)品等
信息
顯示
印刷顯示


印刷OLED/QLED顯示核心材料與墨水,65英寸8K印刷OLED/QLED制備技術(shù)及噴印裝備技術(shù);可卷繞100英寸級8K印刷顯示的制備技術(shù);卷對卷全印刷制備技術(shù)等

激光顯示
短波長紅光LD(AlGaInP)和藍(lán)綠光LD(InGaN)材料等
Micro-LED顯示

微米尺度氮化鎵(GaN)多色LED材料、芯片技術(shù)及超小間距芯片海量轉(zhuǎn)移工
藝等
特種光源


新型窄帶熒光粉、類太陽光全光譜光源用新型熒光粉,高效稀土熒光粉等稀土發(fā)光材料,高光產(chǎn)額/快衰減稀土閃爍晶體、氮化物基第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料等

(四)生命健康領(lǐng)域
隨著全球人口老齡化日益加劇,人們對自身健康的關(guān)注度不斷提高,健康產(chǎn)業(yè)進(jìn)入加速發(fā)展時期。生物醫(yī)用材料的快速突破,將在疾病快速診斷、人體器官修復(fù)移植方面為人類帶來福祉,對國家的醫(yī)療安全、人民健康產(chǎn)生至關(guān)重要的影響,生命健康領(lǐng)域新材料需求見表4。

表4 生命健康領(lǐng)域新材料需求
應(yīng)用系統(tǒng)
新材料需求
骨再生修復(fù)
生物活性的第二代生物醫(yī)學(xué)材料,包括生物活性陶瓷和生物活性玻璃兩大類無機(jī)非金屬材料;以鎂合金、聚乳酸為代表的可降解金屬和高分子材料
人工種植牙
鈦及鈦合金
血管支架
全降解聚乳酸血管支架、可降解鎂合金血管支架

四、新材料強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略

(一)總體思路     

以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo),全面貫徹落實(shí)黨的“十九大”精神,面向建設(shè)科技強(qiáng)國和制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略藍(lán)圖,立足國民經(jīng)濟(jì)和國防安全重大需求,以提高新材料自主創(chuàng)新能力為核心,以先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料為發(fā)展重點(diǎn),堅持供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革,堅持可持續(xù)發(fā)展,大力發(fā)展新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài),實(shí)現(xiàn)新材料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整,以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,建立以企業(yè)為主體,“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合的新材料自主創(chuàng)新體系,全面提升我國新材料自主保障能力和市場競爭力,把我國建設(shè)成為新材料強(qiáng)國。

(二)發(fā)展目標(biāo)

到2025年,重點(diǎn)新材料總體技術(shù)和應(yīng)用與國際先進(jìn)水平同步,部分達(dá)到國際領(lǐng)先水平;全面提升新材料產(chǎn)品質(zhì)量水平與穩(wěn)定性,中高端產(chǎn)品所占比重大幅提升,整體水平進(jìn)入全球價值鏈中高端環(huán)節(jié);關(guān)鍵高端材料和高端裝備自主研發(fā)水平和自主保障能力顯著提升,關(guān)鍵短板材料受制于人問題得到有效緩解。

到2035年,在世界材料強(qiáng)國行列中占有一席之地;圍繞保障國家安全、產(chǎn)業(yè)安全、科技安全的重大需求,核心系統(tǒng)、關(guān)鍵器件受制于人的問題基本解決;對事關(guān)國計民生和國家安全重點(diǎn)領(lǐng)域的器件與材料需求,構(gòu)建系統(tǒng)性、全方位的支撐保障能力;全面提升材料行業(yè)的國際競爭力,基本建成材料自主創(chuàng)新體系。

到2050年,位于世界材料強(qiáng)國前列,全面建成材料自主創(chuàng)新體系,材料研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)競爭力處于全球領(lǐng)先水平;材料發(fā)展全面滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全需求,支撐人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

(三)發(fā)展重點(diǎn)與發(fā)展方向

1. 先進(jìn)基礎(chǔ)材料

先進(jìn)基礎(chǔ)材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及發(fā)展方向主要包括先進(jìn)鋼鐵材料、先進(jìn)有色金屬材料、先進(jìn)石化材料、先進(jìn)建筑材料、先進(jìn)輕工材料及先進(jìn)紡織材料等(見表5)。

表5 先進(jìn)基礎(chǔ)材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及方向
發(fā)展重點(diǎn)
發(fā)展方向
先進(jìn)鋼鐵材料
先進(jìn)制造基礎(chǔ)零部件用鋼,高性能海工鋼,高技術(shù)船舶用鋼,新型高強(qiáng)韌汽車鋼,高速、重載軌道交通用鋼,新一代耐火、耐蝕、耐候建筑用鋼和海洋環(huán)境用建筑用鋼,超大輸量油氣管線用鋼和深海鉆、采、輸、儲鋼鐵材料,能源用鋼等
先進(jìn)有色金屬材料
高性能輕合金材料,功能元器件用有色金屬關(guān)鍵配套材料,稀有稀貴金屬材料等
先進(jìn)石化材料
潤滑油脂,高性能聚烯烴材料,聚氨酯功能性樹脂,氟硅樹脂,特種合成橡膠和彈性體,工程塑料及特種工程塑料,催化劑及催化材料,新型高分子材料加工工藝與材料,高端電子化學(xué)品等
先進(jìn)建筑材料
極端環(huán)境下重大工程用水泥基材料,功能化、智能化玻璃材料,工業(yè)陶瓷材料,高性能纖維及其復(fù)合材料,環(huán)境友好型非金屬礦物功能材料等
先進(jìn)輕工材料
高性能紙基材料,高性能皮革材料等
先進(jìn)紡織材料
差別化功能纖維,生物基纖維,非織造纖維材料,高性能纖維及其編織材料,紡織復(fù)合材料,回收再利用纖維材料等

2. 關(guān)鍵戰(zhàn)略材料

關(guān)鍵戰(zhàn)略材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及發(fā)展方向主要包括高端裝備用特種合金、高性能纖維及其復(fù)合材料、新型能源材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料及芯片制造和封裝 材料、稀土功能材料、電子陶瓷和人工晶體、先進(jìn)結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷和功能梯度材料、高性能分離膜材料、新型顯示材料、新一代生物醫(yī)用材料及生物基材料等(見表6)。

表6 關(guān)鍵戰(zhàn)略材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及方向
發(fā)展重點(diǎn)
發(fā)展方向
高端裝備用特種合金
先進(jìn)變形、粉末、單晶高溫合金,先進(jìn)黑色耐熱合金,先進(jìn)黑色耐蝕合金,特種鋁鎂鈦合金等
高性能纖維及其復(fù)合材料
碳纖維及其復(fù)合材料,有機(jī)纖維及其復(fù)合材料,陶瓷纖維及其復(fù)合材料等
新型能源材料
Si基太陽能電池材料,GaAs基太陽能電池材料,鋰離子電池材料,全固態(tài)電池材料,燃料電池材料及其他能源材料等
先進(jìn)半導(dǎo)體材料及芯片制造和封裝材料
大尺寸硅半導(dǎo)體材料,Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料,第三代半導(dǎo)體材料,超寬禁帶半導(dǎo)體材料,芯片制造和封裝材料等
稀土功能材料
稀土磁性材料,稀土發(fā)光材料,稀土催化材料,稀土晶體材料,稀土儲氫材料,高純稀土金屬及化合物等
電子陶瓷和人工晶體
電子陶瓷材料,人工晶體等材料
先進(jìn)結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷和功能梯度材料
結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料,功能梯度材料等
高性能分離膜材料
水處理膜材料,特種分離膜材料,氣體分離膜材料等
新型顯示材料
OLED/QLED顯示材料,Micro/Mini-LED顯示材料,激光顯示材料,顯示基板材料等
新一代生物醫(yī)用材料
再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品,功能性植/介入材料,醫(yī)用級原材料等
生物基材料
天然高分子生物基材料,生物基合成材料等

3. 前沿新材料
前沿新材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及發(fā)展方向主要包括3D 打印用材料、超導(dǎo)材料、智能仿生材料、石墨烯材料等(見表7)。

表7 前沿新材料領(lǐng)域發(fā)展重點(diǎn)及方向
發(fā)展重點(diǎn)
發(fā)展方向
3D打印用材料
3D打印金屬材料,3D打印有機(jī)高分子材料,3D打印生物材料,3D打印無機(jī)非金屬材料,3D打印復(fù)合材料等
   超導(dǎo)材料
強(qiáng)磁場用高性能超導(dǎo)線材及磁體裝備,低成本千米級Bi2223和釔鋇銅氧(YBCO)涂層導(dǎo)體等
   智能仿生材料
資源利用智能仿生材料,環(huán)境保護(hù)用智能仿生材料,能源利用智能仿生材料,命健康用智能仿生材料,仿生材料與智能集成等
   石墨烯材料
新能源領(lǐng)域用高效石墨烯電極材料、石墨烯集流體等新能源材料;推進(jìn)航空航天領(lǐng)域用石墨烯橡膠、石墨烯芳綸等高分子復(fù)合材料,石墨烯碳纖維、石墨烯玻璃纖維等復(fù)合材料,石墨烯金屬復(fù)合增強(qiáng)材料等;突破石墨烯導(dǎo)熱、散熱材料在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用等

4. 新材料評價、表征、標(biāo)準(zhǔn)平臺建設(shè)

新材料評價、表征、標(biāo)準(zhǔn)平臺建設(shè)主要包括平臺基礎(chǔ)要素建設(shè)與完善、機(jī)制建設(shè)與完善、平臺運(yùn)行重點(diǎn)任務(wù)等重點(diǎn)發(fā)展方向(見表8)。

表8 新材料評價、表征、標(biāo)準(zhǔn)平臺建設(shè)發(fā)展重點(diǎn)及方向
發(fā)展重點(diǎn)
發(fā)展方向
平臺基礎(chǔ)要素建設(shè)與完善
優(yōu)化新材料產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系和新材料標(biāo)準(zhǔn)供給結(jié)構(gòu);建立并完善新材料質(zhì)量評價體系;加快培育建立新材料領(lǐng)域?qū)I(yè)化第三方認(rèn)證評價機(jī)構(gòu);培育團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化組織,支撐新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展;構(gòu)建新材料專業(yè)化質(zhì)量認(rèn)證評價能力;整合新材料測試資源,提升新材料綜合測試能力;加強(qiáng)社會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)化能力建設(shè),打造國際標(biāo)準(zhǔn)化品牌;注重檢測分析儀器技術(shù)研發(fā)水平提升,支撐新材料檢驗(yàn)檢測能力
機(jī)制建設(shè)與完善
建立新材料標(biāo)準(zhǔn)制定與科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同機(jī)制;建立質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)互動機(jī)制;探索新材料標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)制創(chuàng)新
平臺運(yùn)行重點(diǎn)任務(wù)
利用大數(shù)據(jù)技術(shù)引領(lǐng)新材料研究,促進(jìn)新材料研究成果轉(zhuǎn)化;組織開展新材料標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作;全面開展新材料評價工作。保障平臺可持續(xù)發(fā)展、提供服務(wù)與安全運(yùn)行

五、政策及保障措施

(一)構(gòu)建新材料自主創(chuàng)新體系

構(gòu)建以企業(yè)為主體的自主創(chuàng)新體系,推進(jìn)材料領(lǐng)域國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資源整合和規(guī)劃布局。在石墨烯、輕量化材料、稀土新材料、先進(jìn)復(fù)合材料等關(guān)鍵材料領(lǐng)域建設(shè)國家制造業(yè)創(chuàng)新中心,培育材料領(lǐng)域新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,統(tǒng)籌建設(shè)新材料協(xié)同攻關(guān)機(jī)構(gòu),加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、發(fā)展和改革委員會等各部委組織協(xié)調(diào),形成工作合力,合理分配創(chuàng)新資源,避免新材料領(lǐng)域的創(chuàng)新資源分散、創(chuàng)新載體重復(fù)建設(shè)。

(二)加強(qiáng)新材料數(shù)字研發(fā)平臺、生產(chǎn)應(yīng)用平臺、資源共享平臺建設(shè)

大力推進(jìn)材料基因工程,建設(shè)材料數(shù)字化研發(fā)平臺,推動材料基因工程加速融入新材料的研發(fā)、設(shè)計、制造和應(yīng)用全生命周期,縮短新材料研發(fā)周期,降低研發(fā)成本。完善國家級生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺,解決核心材料生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用技術(shù)服役環(huán)境評價、生產(chǎn)應(yīng)用示范線建設(shè)、資源數(shù)據(jù)庫共享等問題,推動新材料的應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展水平。加強(qiáng)新材料資源共享平臺建設(shè),對新材料產(chǎn)品、企業(yè)、集聚區(qū)、資金項目、成果獎勵、學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)、專利、專家等海量數(shù)據(jù)資源進(jìn)行匯聚加工,構(gòu)建新材料行業(yè)知識服務(wù)系統(tǒng);搭建新材料儀器設(shè)施共享系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵儀器設(shè)施的在線互聯(lián)與服務(wù)共享等 。

(三)構(gòu)建促進(jìn)新材料發(fā)展的政策體系
完善財稅金融政策,加大財稅金融支持力度,健全投融資機(jī)制。大力實(shí)施知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略,設(shè)立國家知識產(chǎn)權(quán)專項基金,聚焦于產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān),將核心技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為知識產(chǎn)權(quán),同時加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù),增強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)運(yùn)營效率。積極發(fā)揮政府采購等政策引導(dǎo)作用,鼓勵在關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈的重要行業(yè)和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、重大基礎(chǔ)設(shè)施、重大建設(shè)項目等領(lǐng)域,優(yōu)先使用新材料首批次應(yīng)用示范目錄產(chǎn)品。完善進(jìn)出口政策體系,維護(hù)公平貿(mào)易環(huán)境,支持新材料企業(yè)運(yùn)用貿(mào)易救濟(jì)、反壟斷等方式維護(hù)公平競爭秩序,引導(dǎo)并支持新材料企業(yè)做好貿(mào)易摩擦應(yīng)對。建立新材料首批次應(yīng)用容錯和激勵機(jī)制,研究建立政府投資基金容錯機(jī)制,加大對新材料領(lǐng)域的支持力度,在保障資金安全穩(wěn)健的前提下,加快投資決策速度。

(四)完善新材料標(biāo)準(zhǔn)、測試、表征、評價體系

建立支撐新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系,開展新材料標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動,加大先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料及前沿新材料標(biāo)準(zhǔn)的有效供給,充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和質(zhì)量變革的引領(lǐng)作用。完善新材料測試、表征、評價體系,建立國家新材料測試評價平臺,構(gòu)建新材料測試評價體系,解決新材料測試評價的瓶頸和短板。大力培育發(fā)展自主認(rèn)證、檢測品牌,提升國際競爭力。

(五)培育與新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的人才隊伍

在吸引國外新材料創(chuàng)新人才的同時,也要加大國內(nèi)新材料人才的培養(yǎng)力度,形成可持續(xù)的人才供給模式。在新材料基礎(chǔ)研究和重大全球性問題研究領(lǐng)域,主動發(fā)起國際重大科學(xué)計劃和工程,搭建世界級新材料科研平臺/項目,可吸引國外頂尖科學(xué)家和團(tuán)隊參與,攻克科研難關(guān),為科學(xué)家提供可以發(fā)揮實(shí)力的事業(yè)平臺;對不涉及國家機(jī)密的新材料重大科技項目,可吸引國外人才參與研究。不斷完善我國新材料人才的評價機(jī)制,克服唯論文、唯職稱、唯學(xué)歷、唯獎項傾向,注重標(biāo)志性成果的質(zhì)量、貢獻(xiàn)、影響。建議調(diào)整人才的科技評價機(jī)制,通過相關(guān)激勵方式,讓科技人員在成果轉(zhuǎn)化中體現(xiàn)價值。


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