绪论

当前,世界正经历百年未有之大变局,全球经济社会发展格局发生深刻变革,新能源、新一代信息技术、生物医药、新材料、节能环保等新兴产业发展受到世界各国高度重视,成为引领新一轮经济增长和产业升级的战略突破口。新材料产业作为七大战略性新兴产业之一,其发展不仅对节能环保、信息、生物医药、新能源、高端装备、新能源汽车等其他战略性新兴产业发展有着先导性和基础性作用,而且对传统产业的改造升级具有直接和间接的助推效应。

一、新材料概念及分类

(一)材料发展

世界由物质构成,物质的具化是不同种类的材料,材料是指可以用来制造有用的构件、器件或物品等的物质,是人类文明的物质基础。人类对大自然的探索推动了材料的不断扩展,材料的发展推动了人类文明与社会的进步。人类文明的发展史可以看成一部学习利用材料、制造材料、创新材料的历史。从石器、青铜器、铁器发展到高分子材料和复合材料等,一代代新材料层出不穷,材料种类逐渐丰富,性能质量不断优化(见图0-1)。材料的发展是人类生产力进步的主要标志,也是人类社会进步的里程碑。

图0-1 材料的演进过程

(二)新材料定义

根据《新材料产业“十二五”发展规划》,新材料(Advanced Materials)涉及领域广泛,一般指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高和产生新功能的材料,主要包括新型功能材料、高性能结构材料和先进复合材料等六大类,其范围随着经济发展、科技进步、产业升级不断发生变化。新材料具有两个特点:一是新材料与传统材料之间并没有截然的分界,传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料;二是新材料是一个动态概念,范畴随着经济发展、科技进步、产业升级不断发生变化。

(三)新材料分类

新材料范围广、种类多,其分类方式也多种多样。按材料的物理化学组分,可分为金属新材料、无机非金属新材料、高分子新材料、先进复合材料等。按照性能,可分为结构材料(硬度、延展性等力学性能)以及功能材料(光、电、热、磁、声等性能)。按照应用领域,可分为新能源材料、航空航天材料、节能环保材料、新能源汽车材料等。

新材料是一个动态概念,随着科技进步和新材料产业发展而不断完善,新材料的范围和分类也在逐渐调整,这在国家政策文件中有所体现。2012年1月发布的《新材料产业“十二五”发展规划》(以下简称《规划》)根据材料的物理化学属性、功能结构特征和未来发展趋势[1],将新材料分为特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料和前沿新材料6大门类,初步搭建了新材料分类体系,具体如下:

(1)特种金属功能材料。具有独特的声、光、电、热、磁等性能的金属材料。

(2)高端金属结构材料。较传统金属结构材料具有更高的强度、韧性和耐高温、抗腐蚀等性能的金属材料。

(3)先进高分子材料。具有相对独特的物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下应用的人工合成高分子新材料。

(4)新型无机非金属材料。在传统无机非金属材料基础上新出现的具有耐磨、耐腐蚀、光电等特殊性能的材料。

(5)高性能复合材料。由两种或两种以上异质、异型、异性材料(一种作为基体,其他作为增强体)复合而成的具有特殊功能和结构的新型材料。

(6)前沿新材料。当前以基础研究为主,未来市场前景广阔,前沿新材料代表新材料科技发展方向,具有重要引领作用的材料。

《规划》中对新材料的分类方式较好地体现了新材料特点,对于行业管理、用户选材、统计监测等具有良好的指导意义。

在2015年5月发布的制造强国战略及其发展路线图中,按照发展阶段、战略需求、技术成熟情况、分类施策要求等,将新材料分为先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料三大类。“十三五”时期,《新材料产业发展指南》沿用了这种分类概念,提出了先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料三大重点发展方向。

(1)先进基础材料。先进基础材料往往以量大面广、普适通用为特征,是原材料工业中的重要品种,其技术工艺、生产规模和应用水平,是衡量国家工业基础的重要标志。先进基础材料很多都面临着生产工艺落后、生产成本高、品种结构单一、质量和稳定性差等问题,下一步就是要通过工艺路线改造等方式来解决其问题。

(2)关键战略材料。关键战略材料是指涉及国计民生、国民经济和社会安全、国防安全的重要材料,是国防科技工业和国民经济发展的关键。关键战略材料大都保障能力不足,有些品种国内无法生产,或者国内可以生产但性能质量无法满足下游需求,下一步重点是突破材料及器件的技术关和市场关,提高材料成品率和性能稳定性,实现规模化应用。

(3)前沿新材料。前沿新材料具有多学科交叉、创新性和颠覆性较强的特征,目前大多还在基础研究、技术积累、专利布局、初期应用探索等阶段,下一步要加大技术投入,扩大应用领域和能力。

(四)新材料产业及分类

根据《战略性新兴产业分类(2018)》,新材料产业是指新材料本身形成的产业、传统材料提升的产业,新材料技术,以及新材料研发设计、科技成果转化、知识产权服务、检验检测认证服务等。新材料产业具有覆盖范围广、技术壁垒高、资金密集度高、产业关联度强、产品附加值高、行业景气周期长的特点。上游原料主要来源于矿石、化工原料等,下游应用领域主要包括新一代信息技术、新能源、新能源汽车、高端装备制造、生物医药、节能环保等领域。

(五)新材料产业特征

1.新材料产业具有知识、技术、资金高度密集等特征

新材料主要是传统材料的革新和新型材料的创造,新材料技术是推动新材料产业发展的核心,新材料产业对研发、生产材料的技术要求较高,技术门槛高。新材料研发水平及产业化规模已经成为衡量一个国家经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志。新材料从研发、中试到生产环节具有投入大、周期长、风险大、壁垒高等特点,特别是在研发环节,研发设备的投入、技术和人才的引进成本都较高,不确定性较强。

2.新材料产业具有先导性、基础性和带动性特征

新材料广泛应用于能源、信息、交通、医疗、环保、装备等领域,是其他高新技术及其产业发展的基础,处于制造业产业链的上游。新材料的创新突破可以带动其他高技术产业的突破和发展,反过来下游高技术产业的发展也可以刺激和扩大对新材料的需求,推动新材料升级换代。随着新材料与新一代信息技术、新能源、生物等高技术加速融合,大数据、云计算、数字仿真等技术在新材料研发生产中的作用不断突出,“互联网+”、材料基因组计划、增材制造等新技术快速普及,新材料创新步伐不断加快。

3.新材料产业具有融合关联性强特征

新材料产业的发展离不开各学科与技术之间的相互交叉融合。新材料产业的发展离不开上下游相关产业的发展,下游产业的创新和需求是推动新材料更新换代的基础。随着器件微型化的发展,新材料与器件技术一体化趋势逐渐明显,新材料产业需要与下游产业更加紧密地结合在一起。与此同时,新材料“脱胎”于传统材料产业,与传统材料密不可分。随着新材料技术的发展,传统材料产业逐步向新材料产业转型升级。世界上很多著名的新材料企业都“脱胎”于钢铁、化工、有色金属等传统材料企业,传统材料企业具备的大规模生产能力和先进的生产技术有利于其研发新材料。


[1] 工业和信息化部.新材料产业“十二五”发展规划.2012-01-04,http://www.miit.gov.cn/newweb/n1146295/n1652858/n1652930/n3757017/c3758710/content.html

二、发展新材料产业的意义

(一)发展新材料是顺应新一轮科技革命和产业革命发展趋势,提升制造业竞争力的基础

新材料的发现、发明和应用推广,与技术革命和产业变革密不可分。随着新一轮科技和产业革命的蓬勃发展,新材料与信息、能源、生物等高技术加速融合,大数据、云计算、仿真等新一代信息技术在新材料研发设计中的作用不断突出,材料基因组计划等新型研发模式兴起,加速新材料创新步伐。互联网、信息物理系统等的普及应用改变了新材料生产制造方式,智能化生产成为发展趋势,提高新材料生产效率和迭代更新频率,极大地丰富了新材料品种。新材料作为制造业发展的基础,其发展快慢对于引领材料工业升级换代,支撑先进制造业发展,保障国家重大工程建设,推动供给侧结构性改革具有重要的战略意义。

(二)发展新材料是应对国际激烈竞争,抢占未来发展制高点的关键

新材料是材料工业的先导,对推动技术创新、促进传统产业转型升级和国家安全等具有支撑和保障的作用,新材料已成为国际经济科技竞争的重点领域之一,是决定一国高端制造及国防安全的关键因素。美国、日本、欧盟等发达经济体高度重视新材料产业发展,已在多个领域占据国际主导地位,新材料产业综合实力位居全球前列。近年来,为巩固其新材料产业优势地位,仍在不断出台大量政策措施,形成了较为完善的政策体系。韩国、巴西、俄罗斯等新兴工业化国家也出台促进新材料产业发展的系列政策,在技术创新和产业培育等方面制定了相关综合性措施,加大了支持新材料等先进制造业发展的投入力度。

(三)发展新材料是保障产业链供应链安全,保障我国核心技术自主可控的关键

新材料是未来各国竞争的焦点。加快新材料产业发展,有利于打破核心技术瓶颈制约、推进制造强国建设、实现我国科技自立自强,事关长远和全局。我国新材料产业虽然取得了显著成就,但与世界先进水平相比仍有较大差距,新材料发展总体水平不高,一些高端产品及核心应用技术仍有待突破,特别是在国际贸易环境日益严峻,单边主义、保护主义、霸权主义依旧盛行的国际大背景下,2019年的中兴、华为断供事件,以及日韩贸易冲突时刻警示我们,事关国家重大战略的关键短板材料要牢牢掌握在自己手里,大量关键材料依赖进口极有可能成为发达国家实施制裁的筹码,可能引发的产业损失无法估量,因此我国必须重视材料补短板工作,确保产业链供应链安全。

三、我国高度重视新材料产业发展

(一)国家层面出台了一系列政策支持新材料产业发展

习近平总书记多次在重要场合提到发展新材料的重要性和紧迫性,李克强总理多次对新材料产业发展做出重要批示,国务院原副总理马凯重视新材料的发展。在国家领导的高度重视下,2016年12月成立了以马凯副总理为组长、20多个部门参与的国家新材料产业发展领导小组,审议推动新材料产业发展的总体部署、重要规划,统筹研究重大政策、重大工程和重要工作安排,协调解决重点难点问题,并于2017年2月成立了国家新材料产业发展专家咨询委员会,以提高决策科学化、民主化水平。在新材料产业发展领导小组的指导下,我国已形成以新材料产业发展“折子工程”为抓手,各部门协同配合、国家新材料产业发展专家咨询委员会提供决策支撑的工作体系,陆续出台了《新材料产业发展指南》、重点新材料首批次应用保险补偿机制试点、《国家新材料生产应用示范平台建设方案》《国家新材料测试评价平台建设方案》《新材料标准领航行动计划(2018—2020年)》《国家新材料产业资源共享平台建设方案》《战略性新兴产业分类(2018)》《新材料技术成熟度等级划分及定义》等政策措施,完善丰富了我国新材料产业政策体系,加强了对新材料产业发展的引导和支持。

(二)各地高度重视新材料产业的发展

在国家政策的指引下,各地政府对新材料产业发展的重视程度不断提高,多个省市都将新材料产业作为地区经济的重要增长点进行重点扶持。各地相继出台一系列政策文件支持新材料产业发展,如天津市制定了《天津市滨海新区新材料产业发展规划纲要(2011—2020年)》,明确了产业定位、发展目标和重点,提出了切实可行的保障措施;北京市发布了《北京市加快科技创新发展新材料产业的指导意见》,明确将新材料作为高精尖产业之一大力发展,提出要提升新材料领域创新能力,促进产业高端化发展。部分重点新材料产业发展区域根据各自优势和特色制定相应政策,如福建省印发了《福建省石墨烯产业发展规划(2017—2025年)》,湖南省印发了《湖南省化工新材料产业链五年行动计划(2021—2025年)》。在相关政策的支持下,各地新材料产业投资规模也在不断扩大,其中江苏省2019年新材料产业总产值达到1.48万亿元,浙江省2019年新材料产业产值达到7159亿元。

(执笔人:曾昆)