摘要:新材料是指新出現的具有優異性能和特殊功能的材料，以及傳統材料成分、工藝改進后性能明顯提高或具有新功能的材料。新材料是工業產品質量升級換代的保證和產業技術創新的前提，同時也是其他新興產業發展的基礎，在航空航天、 信息通訊、高端制造、智能交通、新能源、新醫藥和數字創意等領域發揮著不可或缺的重要作用。建國70年來，我國新材料產業不斷發展壯大，在體系建設、 產業規模和技術進步等方面取得了明顯成就，目前正處于由大向強轉變的關鍵時期，新材料產業持續健康發展將為新一輪科技革命和產業變革奠定堅實的基礎。本文闡述了我國新一代信息材料、新能源材料、稀土材料、生物醫用材料、先進結構材料、特種功能材料、高性能復合材料以及前沿新材料的發展現狀，梳理并分析了新材料產業發展存在的短板和突出問題，提出了發展重點與相關的政策建議。
01
國際新材料產業發展特點與趨勢
進入21世紀以來，在新科技革命和產業變革的大背景下，世界多個國家和地區紛紛制定了加強新材料研究開發的規劃，并在市場和產業環境層面出臺政策支持企業發展。美國于2016年制定了《國家制造業創新網絡戰略規劃》，進一步加大對新材料科技創新的扶持力度。歐盟為搶占未來的新興市場，于2014年提出《石墨烯旗艦計劃》。德國在2016年推出《數字戰略2025》，明確將工業3D打印作為重要研究方向。英國在2013年推出了《英國工業2050》，重點支持建設新能源、智能系統和材料化學等創新中心。俄羅斯在2012年發布了《2030年前材料與技術發展戰略》。日本在2015年制定了《2015年版制造白皮書》。韓國在2016年制定了《韓國3D打印產業振興計劃（2017 ~2019年）》。巴西、印度等新興經濟體采取重點趕超戰略，力圖在未來國際競爭中占領一席之地。
目前，一些國際著名大企業和高科技公司憑借資金、人才和技術等優勢不斷向新材料領域拓展，在高附加值產品中占據了主導地位。例如，美國杜邦（Du Pont）、日本大金（Daikin）、 德國赫希斯特（Hoechst）、美國明尼蘇達礦業制造（Minnesota Mining and Manufacturing，3M）、意大利奧斯蒙特（Ausimont）、 法國埃爾夫阿托化學（Elf Atochem）和英國帝國化學工業（Imperial Chemical Industries）７家公司擁有全球90％的有機氟材料生產能力。美國科銳（Cree）公司的碳化硅襯底制備技術具有很強的市場競爭力。碳纖維的制造被日本的東麗（To ray）、帝人東邦（Toho Tenax）、三菱麗陽（Mitsubishi Rayon）公司和美國的赫氏（Hexcel）公司所壟斷。
伴隨顛覆性新材料的出現與技術拓展，催生了諸多新興產業。例如，氮化鎵（GaN）等化合物半導體材料的大規模應用，給照明工業帶來革命性的變化，現又向電力電子和射頻功率器件市場滲透。介入材料與器械的研發和應用，使心臟病死亡率大幅下降；生物醫用材料已成為發展人類健康服務業的物質基礎。
綠色化、智能化成為新材料發展的趨勢，推動了風電、光伏、智能電網、電動汽車、節能建筑的發展。例如，目前歐美等發達國家80％以上的中空玻璃使用LOW-E玻璃；太陽能電池轉換效率不斷提高，全球光伏裝機容量持續攀升，2018年超過510吉瓦。綠色智能新材料技術及產業化將成為未來發展的主要方向，在追求效益的同時更加注重資源節約、環境保護、公共健康以及智慧城市等目標。
與此同時，新材料研發模式正在發生重大變革。美國政府2011年啟動了“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative，MGI）,提出新材料從發現到應用的速度至少提高一倍,成本至少降低一半的目標，其具體內容包括: 發展高通量計算 工具和方法，推廣高通量材料制備和檢測工具，完善材料數據庫并進行數據挖掘，培育開放、協作的新型合作模式。
02
我國新材料產業發展現狀
建國70年來，我國新材料產業無論在科技創新還是在產業規模方面都得到了長足的發展，并呈現出以下特點：
（1）產業規模與市場占有率不斷擴大。進入21世紀以來，中國新材料產業規模不斷擴大，2018年實現產值3.9萬億元人民幣，從2011年到2018年，復合增長率超過25％(圖１)。稀土功能材料、先進電池材料、光伏材料、超硬材料、特種不銹鋼、先進玻璃纖維及其復合材料等產能居世界前列。半導體照明形成比較完整的研發與產業體系，2018年產業規模超過7300億元.稀土磁性材料、 稀土儲氫材料等產量約占全球的80％，其中，稀土磁性材料2018年產量達15.6萬噸。
（2）研發能力與水平進一步提高。我國已建成門類齊全的材料研發和生產體系，2018年科技論文和發明專利均位居世界第一。近年來，通過產學研用結合，一批核心技術取得了實質性突破，許多重要新材料的技術指標得到大幅提升，部分研究成果在相關領域得到了推廣應用。偏硼酸鋇（BBO）、 三硼酸鋰（LBO）和氟硼鈹酸鉀（KBBF）等非線性光學晶體研究居國際領先水平并實現了商品化。太陽能電池關鍵材料技術指標達到了國際先進水平，光伏發電成本降低到1元/ 千瓦時以下。300ｍｍ硅片可滿足28ｎｍ 技術節點的集成電路要求，并已成功拉制450ｍｍ硅單晶。Ｔ300級和Ｔ700級碳纖維實現了穩定生產，已應用于航空航天裝備，Ｔ800級和Ｍ60Ｊ碳纖維關鍵技術取得突破，正在開展工程化研究。石墨烯、 過渡金屬硫化物等二維材料研究方興未艾，相關材料實現了初步應用。
（3）產業區域集聚態勢初步形成。近年來，各級政府積極推動新材料產業基地建設，產業聚集發展的良好態勢初步形成。長三角地區在電子信息、航空航天、新能源、新型化工等方面形成明顯的區域特色。粵港澳地區生物醫用材料、 新型顯示材料、改性工程塑料、先進陶瓷材料等產業集中度高，發展迅猛。京津冀地區技術創新推動作用明顯，在半導體硅材料、石墨烯材料等多個領域具有較強優勢。此外，江西、內蒙的稀土新材料，云南和貴州的稀貴金屬新材料，安徽的新型化工材料和新型建材，浙江寧波的釹鐵硼永磁材料，江蘇徐州、河南洛陽的多晶硅材料，江蘇蘇州的納米材料以及福建的鋰離子電池及材料也都形成了各自的區域特色。
（4）應用示范和支撐重大工程的作用日益顯現。新材料產業是建設重大工程、鞏固國防軍工、構建節能環保社會的重要技術支撐和基礎保障。國家部委及各級政府組織實施了“節能產品惠民”、“十城萬盞”、“十城千輛”、“金太陽”、 “互聯網+” 等重大應用示范工程并出臺相關政策支持。隨著全社會綠色、 低碳、 節能環保意識的提高，各種功能新材料趨向高性能、 低能耗，不斷滿足資源節約、 環境友好的要求，對節能減排起到了重要作用。以先進有色金屬、特殊鋼、高溫合金為代表的高性能結構材料和碳纖維及其復合材料支撐了當今高技術發展， 在高速鐵路、大飛機、載人航天、探月工程、超高壓電力輸送、超超臨界燃煤發 電機組、深海油氣開發等重大工程中做出了重要貢獻。
（5）產業發展的政策環境持續優化。改革力度不斷加強。“十三五”期間， 我國政府相繼發布了戰略性新興產業發展規劃和相關科技發展專項規劃。工信部、 國家發改委、科技部和財政部聯合出臺了《關于加快新材料產業創新發展的指導意見》，文件對先進基礎材料、關鍵戰略材料和前沿新材料的發展進行了部署。國務院印發了《“十三五”國家科技創新規劃》，在先進結構材料技術、先進功能材料技術和變革性的材料研發模式與綠色制造新技術等方面規劃了發展重點。近年來，國家和地方在政策、 資金等方面持續增強對新材料產業的支持力度，例如工信部率先成立了國家動力電池等多個創新中心；山東省開展新舊動能轉換， 與天津大學成立了稀土催化研究院，形成學術、科技和產業強強聯合。產業政策環境的不斷優化，使新材料成為“工業強基”的重要支柱和制造業高質量發展的堅實基礎。
03
我國新材料產業存在的短板和問題
進入新世紀以來，我國在新材料領域的技術突破和產業布局都取得了一定的進展。但總體上看，與世界先進水平相比仍有較大差距，發展過程中還存在一些短板和突出矛盾，《科技日報》于2018年4月到7月間發表了多篇文章，列舉了 35項“卡脖子”技術，其中涉及了若干種新材料(表１)。
此外，我國新材料產業在宏觀層面還存在若干問題，這些問題已成為制約我國經濟社會進一步發展的瓶頸，主要體現在以下五個方面。
（1）對發展新材料產業的認識不到位；在我國經濟發展和國防建設中仍存在重器件、整機、大工程、輕材料的現象；僅當問題出現時，才認識到適度超前布置新材料研發和應用的重要性。而企業、科研院所和大學則缺乏對新材料基礎研究和應用研究長期穩定的支持和耐心。如果不從根本上樹立正確的新材料產業發展觀，仍然“頭痛醫頭”、“腳痛醫腳”、“臨陣磨槍”、“臨時抱佛腳”，那么有可能今天補齊了“卡脖子”的短板，未來還會出現更多的新材料瓶頸問題。
（2）宏觀統籌協調不夠，導致低水平重復建設現象。國內各省市發布的新材料產業規劃，沒有立足于自身條件及優勢進行合理定位和差異化分工，存在著嚴重的趨同現象。相關新材料產業布局缺乏頂層設計，宏觀統籌協調不夠，盲目跟風式投入尚未得到有效遏制，造成重復建設、無序競爭和產能過剩，影響了新材料產業的可持續性發展。
（3）原始創新能力不足，產業鏈高端產品缺失。我國新材料企業作為創新主體的作用不明顯，大多集中在產業鏈中低端環節，參與創新研發少、配套能力不強，缺乏核心競爭力。國內大多數行業共性技術研發處于缺位狀態，尚無良好的資源配置機制和持續有效的投入，國家及行業標準、設計和工藝質量控制規范尚不完善，亟待建立新材料結構設計/ 制造/ 認證評價的基礎支撐體系。
（4）相關體制、機制難以滿足新材料產業發展的需求。新材料產業的關鍵環節和重點領域存在著“老辦法管新事物”的現象，一些新材料產品進入市場困難，阻礙了企業創新的積極性。開發風險較大的新材料產品缺少資金和風險保障的支持。風險投資、金融體系不能滿足創新創業的需求。對技術含量高，質量要求嚴，投資回報時間長的產業鏈高端產品少有問津，尚未形成技術鏈、產業鏈、 投資鏈的完整體系。面向工程化、產業化的中介服務體系不夠完善，新材料產業服務平臺尚未建立，成果轉化和產業化進程緩慢。
04
我國新材料產業發展的重點領域
面對新一輪世界科技革命與產業變革和中國經濟社會發展方式轉型升級交匯的歷史機遇期，要更加注重提升新材料產品質量，提升核心競爭力；要更加注重資源型新材料的發展，并與生態保護相結合；要更加注重與其他戰略性新興產業的協同發展，為實現創新驅動發展戰略提供新材料支撐；要更加注重新材料研發、設計、生產到應用的全鏈條產業體系建設，著力向產業鏈的中高端發展；要更加注重新材料產業的能源消耗以及成本費用，實現綠色協同可持續發展，要更加注重新材料重大技術突破及顛覆性技術和替代性技術的創新與應用，推動經濟社會可持續發展。為此，有必要規劃新材料競爭力提升工程、新材料協同應用工程、基礎材料升級換代工程及前沿新材料先導工程，完善新材料產業發展的整體環境，進一步推動新材料產業做優做強，為其他戰略性新興產業提供強有力的支撐。
新材料競爭力提升工程應包括光刻膠、高純靶材等微電子制造材料、高效及低成本LED（lightemitting diode）照明材料、 高質量及大尺寸功能晶體、新型顯示材料、寬禁帶半導體材料、智能與傳感材料、太陽能用材料、新一代動力電池材料、節能玻璃材料、膜材料、高端稀土永磁材料、陶瓷片式元件及其集成器件用材料、新型生態環境材料、可促進組織再生的醫用生物材料、純超細陶瓷粉體和先進結構陶瓷材料、高性能耐火材料、生物基材料、關鍵材料制造裝備等發展重點,集中攻克關鍵新材料研發、生產和應用技術，提高性能一致性和服役可靠性，解決產品穩定性較差、高端應用比例低、關鍵裝備自給率不足等問題，為擴大新材料高端應用奠定基礎。
新材料協同應用工程主要是以新一代信息技術、5G通訊、航空航天、能源、 交通、高端裝備、先進儀器等重大工程需求為牽引，開展重點新材料應用示范，促進新材料與終端產品的協同創新與發展，其中包括大直徑半導體硅材料、高品質特殊鋼、高溫合金、新型有色金屬合金材料、先進動力電池及儲能材料、高性能增強碳纖維、特種陶瓷纖維及其復合材料等。
基礎材料升級換代工程是深入落實制造業高質量發展的重要任務，通過對重點材料的設計開發、制造流程和工藝優化以及國產化裝備的技術突破，實現鋼鐵、 有色金屬、石化、輕工、紡織、建材等關鍵基礎材料的高性能、高附加值、綠色低碳生產，促進關鍵基礎材料的性能改進和升級換代。
前沿新材料先導工程要把握全球科技革命和產業變革發展方向，堅持原始創新，加強前瞻性研究，攻克核心技術瓶頸，獲得一批重大技術成果。重點研發方向有：石墨烯、過渡金屬硫化物及碳納米管等低維材料、自旋電子材料、超材料及其在衛星天線和隱身技術方面的應用、低溫超導材料、二代高溫超導帶材以及新型鐵基超導材料、拓撲絕緣體材料、生物3Ｄ打印技術、高熵合金、液態金屬、 極端條件下服役的新材料、材料基因工程等。
上述工程涉及的相關重點領域，需要給予關注并分類、分階段進行部署。
05
發展我國新材料產業的建議
新材料產業是戰略性、基礎性產業，也是高技術競爭的關鍵領域。未來有必要深化機制體制方面的改革，提高新材料的基礎支撐能力，加強新材料產業的提質增效和協同應用，進一步發揮政府和市場兩只手的作用，加快向新材料強國的轉變。
（1）加強新材料產業發展的支撐基礎。鼓勵新材料研發中的原始創新與集成創新。重視發展新材料的智能化制造技術，加大對新材料制造設備和檢測儀器的研發支持，集中力量開發核心裝備。從戰略高度加強知識產權保護，建設具有系統性、多元性、先進性、適用性及動態性的中國材料與試驗標準體系（Chinese Society of Testing Materials,CSTM），建立新材料結構設計/ 制造/ 評價共享數據庫，開展協同應用試點示范，搭建協同應用平臺，夯實新材料產業可持續發展的支撐基礎。
（2）完善新材料產業化發展的整體環境。適度超前安排處于研發階段的前沿新材料，著力突破新材料產業發展的工程化問題。加快完善有利于推動新材料產業技術進步的政策和法規體系，制定新材料產業發展指導目錄和投資指南，防止出現“投資碎片化”。加快營造新材料相關企業自主經營、公平競爭的市場環境，完善產業鏈、創新鏈、資金鏈。選擇若干“轉制院所”，出臺政策、賦予職能、建設平臺，發揮其在共性技術研發與轉化方面的重要作用。加快出臺混合所有制企業改革的政策，鼓勵民營資本投資新材料產業，積極營造和完善新材料科技創新、投融資等政策法規的整體環境。
（3）推進新材料產品融入全球高端制造業供應鏈。加大國家對新材料創新研發的投入，加強產學研用結合，以企業為投資主體和成果應用主體，充分發揮市場配置資源的基礎性作用，提高資源配置效率和公平性。培育和拓展新材料消費市場，特別是中高端市場。推動供給側結構性改革，以需求帶動發展，促進企業上檔次、上規模，鼓勵發展國際合作，加快發展和壯大具有國際競爭力的企業集團以及與產業鏈相關中小企業群體，集中力量培育和塑造中國名牌新材料產品；促進新材料產品快速融入全球高端制造供應鏈。
（4）加強創新團隊和企業家群體建設。不斷加大新材料領域創新型人才的培養力度，建立適合人才發展的激勵機制，出臺政策吸引全球高水平技術和管理人才。充分發揮行業協會、科研單位和大學的作用，共同建立新材料專家系統， 鼓勵各類智庫對國內外新材料研發和應用需求進行調研與評估，就新材料發展戰略提供高質量的咨詢報告。加強新材料企業家隊伍建設，培育具有國際先進水平的新材料企業家群體。
06
結束語
新材料科學與工程正在改變當今世界和我們的生活，并將導致顛覆性技術的出現，從而推進產業變革。近年來，新材料研究成果密集涌現，有人斷言21世紀將是材料革命的時代。
當前，新材料發展呈現出結構功能一體化、材料器件一體化、納米化、復合化的特點并在制造業高質量發展中具有舉足輕重的地位。新材料的研發與生產必須考慮綠色化、可再生和全生命周期評價，促進環境友好和可持續發展。
展望未來，新材料的研發將涉及納米尺度、飛秒時間、量子力學原理及多學科交叉，宜采用自上而下和自下而上相結合的技術路線。今后，還需進一步加強基礎理論研究，加強問題導向與市場導向，加強與其他戰略性新興產業的融合，促進新材料產業向更科學化、更綜合化、更系統化的方向發展。可以預見，具備新性質和新功能的新材料的群體性出現，將成為新一輪科技革命和產業變革最重要的物質基礎和最鮮明的時代特征。
