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81種新材料需求！21大發展重點材料領域！面向2035的新材料強國發展戰略研究

編輯：轉自：中國工程科學發布時間：2023-11-17

摘要

材料產業是國民經濟建設、社會進步和國防安全的物質基礎。我國已進入工業化中后期，材料的作用顯得尤為重要，開展新材料強國戰略研究，對支撐我國制造強國戰略實施具有重要戰略意義。本文系統分析了國內外新材料產業發展現狀、趨勢以及存在的問題，梳理了國內外新材料產業政策，圍繞未來新材料發展戰略需求，研究提出新材料強國戰略總體發展思路、強國特征和發展目標；聚焦先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料及新材料“評價、表征、標準”平臺建設等重點領域，研究梳理重點發展方向，并從構建新材料自主創新體系，建設新材料數字化研發平臺、生產應用示范平臺、資源共享平臺，完善新材料質量技術基礎體系，培育與新材料產業發展相適應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業發展和政府有關部門提供決策參考。

一、前言

材料服務國民經濟、社會發展、國防建設和人民生活的各個領域，是經濟建設、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。新一代信息技術與新材料是制造業的兩大“底盤技術”。新一代信息技術是第四次工業革命的驅動力，而新材料是支撐戰略性新興產業和重大工程不可或缺的物質基礎。信息技術與新材料深度融合，共同推動制造業向高端化發展。

近幾年，在新一輪科技革命和產業革命的大背景下，新材料技術不斷取得新突破，新材料和新物質結構不斷涌現，全球新材料產業保持快速增長態勢。與發達國家相比，我國新材料產業起步較晚、基礎薄弱。“十二五”以來，我國出臺多項政策文件，在材料領域全面部署，對標發達國家奮起直追。經過不懈努力，我國在體系建設、產業規模、技術進步、集群效應等方面取得了較大進步，為國民經濟和國防建設做出了重要貢獻，已成為名副其實的材料大國。但與此同時，我國新材料產業發展也存在諸多問題，材料強國之路任重道遠。

為推動新材料產業高質量發展，支撐制造強國戰略實施，2017年12月，中國工程院正式啟動“新材料強國2035戰略研究”重大咨詢項目，旨在對我國新材料產業發展進行頂層設計。項目組織先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料，以及新材料評價、表征、標準平臺建設等課題組，聚焦重點領域，制定面向2035的新材料強國發展戰略，為國家加快提升新材料自主創新能力和產業核心競爭力提供咨詢建議。

本文作為“新材料強國2035戰略研究”項目的學術性成果展示，分析新材料產業發展現狀、趨勢及存在問題，梳理新材料產業政策，圍繞新材料戰略需求，研究新材料強國發展戰略總體思路、強國特征及發展目標，針對新材料產業重點領域提出重點發展方向，研究提出相關政策措施，為我國新材料產業發展和政府有關部門決策提供支撐和參考。

二、新材料產業發展現狀及趨勢

（一）國外新材料產業發展現狀及趨勢

1. 產業發展現狀及趨勢

全球新材料產業發展迅速，產業規模不斷擴大。據統計，2019年全球新材料產值達2.82萬億美元。全球新材料產業已形成三級梯隊競爭格局，各國產業發展各有所長。第一梯隊是美國、日本、歐洲等發達國家和地區，在經濟實力、核心技術、研發能力、市場占有率等方面占據絕對優勢。第二梯隊是韓國、俄羅斯、中國等國家，新材料產業正處在快速發展時期。第三梯隊是巴西、印度等國家。從全球看，新材料產業壟斷加劇，高端材料技術壁壘日趨顯現。大型跨國公司憑借技術研發、資金、人才等優勢，以技術、專利等作為壁壘，已在大多數高技術含量、高附加值的新材料產品中占據了主導地位。

當前，以新一代信息技術、新能源、智能制造等為代表的新興產業快速發展，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、設備精良等，新材料的研制難度前所未有。新材料產業向綠色化、低碳化、精細化、節約化方向發展。新材料研發及制備方法創新進程加快。以材料基因工程為代表的材料設計新方法的出現，大幅縮減了新材料的研發周期和研發成本，加速新材料的創新過程。物聯網、人工智能、云計算等新一代信息技術和互聯網技術的飛速發展，以及新型感知技術和自動化技術的應用，推動新材料產業研發進程不斷加快。

2. 新材料產業政策

近年來，國外主要發達國家針對新材料重點領域出臺了相關專項政策，對重點新材料領域實行長期精準扶持和提前戰略布局，促進本國新材料產業快速發展，使其紛紛在國際新材料產業中占據了領先地位。如在第三代半導體領域，美國、歐洲、英國、日本、韓國等國家和地區近年來出臺了60余項政策，總投入37億美元，主要發展電力電子、光電子、微波射頻、半導體照明等領域的SiC襯底、GaN射頻器件、GaN LED、SiC和Si基GaN功率器件、有機發光半導體（OLED）、電力電子器件等芯片封裝材料。

針對重點材料領域，國外積極實施保護本國利益的貿易政策。截至2020年8月，美國已對約5500億美元中國輸美商品加征關稅，關稅清單中廣泛涉及通信、電子、機械設備、汽車、家具等產品，這些產業間接或直接影響到上游新材料企業，尤其是低附加值的材料企業利潤將受到較大影響。

發達國家對關鍵技術和產品的出口不斷設置壁壘。2018年8月，美國總統簽署了《出口管制改革法案》，同年11月美國商務部工業與安全局又提出了一份針對關鍵技術和相關產品的出口管制框架方案，列出了14個考慮進行管制的領域，涉及先進材料技術以及與新材料制備相關的設備、檢測儀器等。

（二）我國新材料產業發展現狀及問題

1. 產業發展現狀

新材料產業的生產體系基本完整，產業規模不斷壯大。我國新材料產業已形成了全球門類最全、規模第一的材料產業體系。建成了涵蓋金屬、高分子、陶瓷等結構與功能材料的研發和生產體系；形成了龐大的材料生產規模，我國鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、玻璃、化學纖維、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼等百余種材料產量達到世界第一位。據統計，自“十二五”以來，我國新材料產業產值快速擴張，從2010年的0.65萬億元增長到2019年的4.57萬億元。逐步建立了以企業為主體、市場為導向、“用產學研”相互結合的新材料創新體系；依托地區資源優勢，形成了環渤海、長江三角洲、珠江三角洲地區，中西部地區，東北地區新材料產業集群。

新材料科技快速發展不斷推動產業結構優化。如超級鋼、電解鋁、低環境負荷型水泥、全氟離子膜、聚烯烴催化劑等產業化關鍵技術的突破，促進了鋼鐵、有色金屬、建材、石化等傳統產業轉型升級。新材料為我國航空航天、能源交通、工程建設、資源節約及環境治理等領域一系列國家重大工程的實施提供了不可或缺的物質基礎和保障。例如，高性能鋼材料、輕合金材料、工程塑料等產品結構不斷優化，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在大飛機上應用等。

2. 新材料產業政策

近些年，國家高度重視新材料產業發展，相關部委陸續推出了一系列政策文件，如《增強制造業核心競爭力三年行動計劃（2018—2020年）》《“十三五”先進制造技術領域科技創新專項規劃》《“十三五”材料領域科技創新專項規劃》《新材料產業發展指南》《國家新材料生產應用示范平臺建設方案》《國家新材料測試評價平臺建設方案》《新材料標準領航行動計劃（ 2018—2020 年）》《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2019 年版）》等，這些政策的出臺大大促進了新材料產業的快速發展。

同時，各地方政府和主管部門對新材料產業也十分關注，制定了一批地方性新材料產業政策。如北京、內蒙古、安徽、河北、廣東等多個省（自治區、市）及計劃單列市也先后出臺了新材料產業指導意見、發展規劃、行動計劃、實施方案，突出地方特色，推動新材料產業快速發展，初步統計有63項政策。在各地方案中既有大的綜合性規劃，也有地方特色的專題規劃，如河南省出臺的《河南省尼龍新材料產業發展行動方案》《安徽省半導體產業發展規劃（2018—2021 年）》《江蘇省增材制造產業發展三年行動計劃（2018—2020年）》等，部分地方政府還專門就新材料企業進行認定，尤其是新材料首批次保險補償機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、廈門等諸多省（區、市）出臺了地方性保險補償政策。

3. 產業發展存在的問題

材料支撐保障能力不強，受制于人問題突出，產業鏈自主可控性較差。究其原因，長期以來，隨著我國經濟的爆發式增長，材料能買則買，對材料的原創性、基礎性、支撐性缺乏足夠的重視，導致新材料產業基礎薄弱，成為“短板”中的重災區，對產業安全和重點領域構成重大風險。

引領發展能力不足，創新鏈不通暢，難以搶占戰略制高點。由于材料的研發與應用結合不夠緊密，工程應用研究不足、數據積累嚴重缺乏，不僅導致面向材料實際服役環境有針對性的研究缺失，還導致材料的質量工藝不穩定、性能數據不完備、技術標準不配套、考核驗證不充分，從而造成大量的新材料難以跨越從研制到應用的“死亡之谷”，有材不能用、有材不會用問題十分突出。

新材料研發投入方式單一，投入不足且分散，原始創新能力弱。國家對新材料基礎研究缺乏長期穩定的支持，在科技項目中財政資金投入的集中度較低，存在“撒胡椒面”現象。此外，新材料企業自主投入不足，大多新材料企業重視眼前利益從而忽視了原始創新。

質量技術基礎設施建設薄弱，產業支撐體系不健全。材料評價標準嚴重缺失，認證認可質量保障服務不夠，尚未建立完善的材料標準體系。材料檢驗檢測等基礎能力差，檢驗檢測資源優化配置不足，檢測能力不足，檢測市場機制不完善，檢驗檢測服務能力無法滿足產業全面需求，檢驗檢測技術水平和服務能力無法滿足國際化需求。

未形成良好的產業發展生態，產業發展環境有待優化。新材料產業創新投融資環境不佳，新材料領域的創新人才缺乏，新材料進出口政策體系和知識產權法律制度不健全。

三、面向2035的新材料產業發展戰略需求

當前，我國正處于戰略轉型期，亟需開辟新的經濟增長點，提高環境承載能力，這為我國新材料的大發展提供了難得的歷史機遇。在轉型升級和新型工業化發展的交匯時期，對新材料的戰略需求特別突出。

（一）運載工具領域

《中國制造2025》中提出大力發展新能源、高效能、高安全的系統技術與裝備，完善我國現代交通運載核心技術體系，發展時速400km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發展能力和“走出去”戰略支撐能力。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鍵材料進行研發，形成核心部件產品自主保障能力（見表1）。

表1 運載工具領域新材料需求

裝備	應用系統	新材料需求
航空航天裝備	垂型直升機	高強高韌耐損傷鋁鋰合金等
	遠程寬體客機	高強中模碳纖維及其復合材料、碳碳復合材料、高溫合金、耐溫超高強韌鋁合金/鋁鋰合金/鎂合金等關鍵原材料等
	重型運載火箭	高強抗富氧燒蝕高溫合金、輕質高強鋁鋰合金、磁閥門熱壓輻向永磁環等新材料等
	航天器	高強高模碳纖維等
	航天器	第三代半導體材料等
節能與新能源汽車	節能汽車	高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維增強復合材料等
節能與新能源汽車	新能源汽車	輕量化車體用碳纖維及其復合材料、超高強度鋼、鋁合金板材、高強可焊接鋁合金鍛件/型材、抗疲勞高導熱鎂合金、稀土鎂鋁合金、高壓儲氫氣瓶用碳纖維復合材料、高容量稀土儲氫合金、電控系統用功率半導體芯片、驅動系統磁路組件、夜視系統用稀土氟化物鍍膜、電池電控電機“三電系統”等
高速列車		車輪鋼、車軸鋼、軸承鋼、齒輪鋼、碳纖維復合材料、阻燃內飾復合材料、高強耐磨復合材料、鋁合金、鎂合金、高耐磨模具鋼、高導電輕質弓網材料、高性能稀土磁體、碳化硅等

（二）能源動力領域

以煤炭為主和油氣資源緊缺的能源結構，決定了我國國家能源戰略發展重點在于發展新一代高效清潔燃煤發電技術和深海油氣資源開發技術。先進能源動力系統用特種合金代表國家高端裝備核心競爭力，屬于國家戰略型新材料范疇，是我國搶占技術制高點的重大機遇。核電、油氣開發等能源領域重大項目對特種合金、稀土材料、非晶材料、超導材料、復合材料等新材料提出急迫需求。

應用系統	新材料需求
700℃超超臨界火電機組	大型鎳基耐熱合金鑄鍛件材料、稀土新材料等
重型地面燃氣輪機	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、硬質合金、防腐涂料、鎳基高溫合金、磁性材料、碳纖維及其復合材料等
磁傳動力系統	新型磁動力控制系統用功能結構一體化磁器件及核心磁材料等
柔性輸變電系統	超大功率碳化硅材料等

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