中國工程院發(fā)布,面向2035的新材料強國戰(zhàn)略研究
——超微[機械粉碎機]廠家-埃爾派粉體科技有限公司
材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟建設(shè)、社會進步和國防安全的物質(zhì)基礎(chǔ)。
我國已進入工業(yè)化中后期,材料的作用顯得尤為重要,開展新材料強國戰(zhàn)略研究,對支撐我國制造強國戰(zhàn)略實施具有重要戰(zhàn)略意義。為推動新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,支撐制造強國戰(zhàn)略實施。
近日,中國工程院制定面向 2035 的新材料強國發(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。
01前言
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)達國家相比,我國新材料產(chǎn)業(yè)起步較晚、基礎(chǔ)薄弱。
02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)模不斷擴大。據(jù)統(tǒng)計,2019 年全球新材料產(chǎn)值達 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)達國家和地區(qū),在經(jīng)濟實力、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)達國家針對新材料重點領(lǐng)域出臺了相關(guān)專項政策,對重點新材料領(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 。
針對重點材料領(lǐng)域,國外積極實施保護本國利益的貿(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個考慮進行管制的領(lǐng)域,涉及先進材料技術(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。據(jù)統(tǒng)計,自“十二五”以來,我國新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值快速擴張,從2010年的0.65 萬億元增長到2019年的4.57萬億元。
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現(xiàn)在大飛機上應(yīng)用等。
2. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題
材料支撐保障能力不強,受制于人問題突出,產(chǎn)業(yè)鏈自主可控性較差。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 。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。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。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。
03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)濟增長點,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)代交通運載核心技術(shù)體系,發(fā)展時速 400 km 高速列車、遠程寬體客機、新能源汽車等運載工具,提升交通運載可持續(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、高速列車、遠程寬體客機、新能源汽車、重型運載火箭、航天器等運載工具所需核心部件及關(guān)鍵材料進行研發(fā),形成核心部件產(chǎn)品自主保障能力(見表 1)。
(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)制高點的重大機遇。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)。
(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)域為數(shù)不多的千億美元級產(chǎn)業(yè),帶動力和輻射力極強,在我國國民經(jīng)濟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)達國家存在較大差距。
(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。
04 新材料強國發(fā)展戰(zhàn)略
到2025年,重點新材料總體技術(shù)和應(yīng)用與國際先進水平同步,部分達到國際領(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)濟建設(shè)和國防安全需求,支撐人類經(jīng)濟社會發(fā)展。
(一)發(fā)展重點與發(fā)展方向
1. 先進基礎(chǔ)材料
先進基礎(chǔ)材料領(lǐng)域發(fā)展重點及發(fā)展方向主要包括先進鋼鐵材料、先進有色金屬材料、先進石化材料、先進建筑材料、先進輕工材料及先進紡織材料等(見表5)。
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)。
3. 前沿新材料
前沿新材料領(lǐng)域發(fā)展重點及發(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)。
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、機制建設(shè)與完善、平臺運行重點任務(wù)等重點發(fā)展方向(見表8)。
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