新材料：国际竞争高地

  新材料是指新出现的具备优秀能力性能和特殊功能的材料，以及传统材料成分、工艺改进后性能显著提升或具有新功能的材料。融入了当代众多学科先进成果的新材料产业是支撑国民经济发展的基础产业，是发展其他各类高技术产业的物质基础。近年来，全球新材料产业蓬勃发展，据赛迪顾问数据统计，到2018年市场规模已经接近2.56万亿美元，平均每年以10%以上的速度增长。此外，技术领域研发面临新突破，新材料和新物质结构不断涌现，使全球新材料技术与产业仍就保持着增长态势。总体上，全球新材料产业的发展呈现如下特征。

  世界各国（地区）纷纷在新材料领域制定了相应的规划， 全面加强研究开发，并在市场、产业环境等不同层面出台政策，全力提升新材料产业高质量发展水平。美国于2009年、2011年和2015年三度发布“美国创新战略”，其中清洁能源、生物技术、纳米技术、空间技术、健康医疗等优先发展领域均涉及新材料；2012年制定了“国家先进制造战略计划”，进一步加大了对材料科学技术创新的扶持力度。欧盟为实现经济复苏、消除发展痼疾、应对全球挑战，于2010年制定了“欧洲2020：智慧、可持续、包容增长战略”， 提出三大战略重点。德国政府发布了“德国2020高技术战略”，其中工业4.0是十大未来项目中*引人注目的课题之一。2013年，英国推出“制造的未来：英国迎接机遇和挑战的新时代”，重点支持建设新能源、智能系统和材料化学等创新中心。日本于2010年发布了“新增长战略”、“新信息通信技术战略”和“日本产业体系展望2010”，于2016年出台了“第五期科学技术基本计划（2016—2020年）”。韩国于2009 年公布了“绿色增长国家战略（2009—2050 年）”和“新增长动力规划及发展的策略”，于2013年出台了“第三次科学技术基本计划”。巴西、印度、俄罗斯等新兴经济体采取重点赶超战略，在新能源材料、节能环保材料、纳米材料、生物材料、医疗和健康材料、信息材料等领域制定专门规划，力图在未来国际竞争中抢占一席之地。

  高新技术的突破加快了技术向生产力的转化速度，同时也对关键基础材料提出新的挑战和需求。例如，微电子芯片集成度及信息处理速度大幅度提高，成本不断降低，硅材料发挥了及其重要的作用。目前，300mm硅片能够完全满足14nm技术节点的集成电路要求，450mm硅片已经产出样片。此外，A2B7型稀土储氢合金已经实现工程化，并将5号电池的容量提高到2700mA·h。低温共烧陶瓷技术的研究开发取得重要突破，大量无源电子元器件整合于同一基板内慢慢的变成了可能。伴随着先进材料研究技术的不断延展，也产生了诸多新兴起的产业。例如，氮化镓（GaN）等化合物半导体材料的发展催生了半导体照明技术；白光发光二极管（LED）的光效已经远超于白炽灯和荧光灯，给照明行业带来革命性的变化。太阳能电池转换效率逐步的提升，极大地推动了新能源产业的发展。镁合金与钛合金等高性能结构材料的加工技术取得突破，成本不断降低，研究与应用重点由航空航天及军工扩展到高的附加价值民用领域。基于分子和基因等临床诊断材料和器械的发展，肝癌等重大疾病得以早日发现和治疗；介入器械的研发催生了微创和介入治疗技术，使心脏病死亡率大幅下降。

  面对日益严重的资源枯竭、不断恶化的生态环境和大幅度的提高的人均需求等发展困境，绿色发展和可持续发展等理念慢慢的变成了人类共识。世界各国都积极将新材料的发展与绿色发展紧密结合，格外的重视新材料与资源、环境和能源的协调发展，大力推进与绿色发展紧密关联的新材料的开发与应用。以新能源为代表的新兴起的产业崛起，引起电力、建筑、汽车、通信等多个产业出现重大变革，拉动上游产业（如风机、电池组件、多晶硅等一系列制造业和资源加工业）的发展，促进智能电网、电动汽车等输送与终端产品的开发和生产。欧美等发达国家和地区已经通过立法促进节能建筑和光伏发电建筑的发展。通过提高新型结构材料强韧性、提高温度适应性、延长寿命及材料的复合化设计能够更好的降低成本、提高质量。功能材料向微型化、多功能化、模块集成化、智能化等方向发展能提高材料的性能；纳米技术与先进制造技术的融合将产生体积更小、集成度更高、更加智能化、功能更优异的产品。欧洲首倡的全生命周期技术对钢铁、有色金属、水泥等大宗基础材料的单产能耗、环境载荷降低20%以上。绿色、低碳的新材料技术及产业化将成为未来发展的主要方向，在追求经济目标的同时更看重资源节约、环境保护、公共健康等社会目标。

  目前，世界著名企业和集团凭借其研发技术、资金和人才等优势不断向新材料领域拓展，在高的附加价值新材料产品中占据主导地位。日本信越化学工业公司、日本胜高公司及德国世创电子公司等企业占据国际半导体硅材料市场占有率的70%以上。90%以上半绝缘砷化镓市场被日本的日立电线公司、住友电气工业公司、德国弗莱贝格化合物材料公司、美国晶体技术公司所占有。美国陶氏化学公司、通用电气公司、瓦克化学公司和法国罗纳·普朗克公司及日本一些公司基本控制了全球有机硅材料市场。杜邦公司、大金工业公司、德国赫希斯特公司、美国明尼苏达矿务及制造业公司、意大利奥斯蒙特公司、法国埃尔夫阿托化学公司和英国帝国化学工业公司等7 家企业具有全球90%的有机氟材料生产能力。美国科锐公司的碳化硅衬备技术有着非常强的市场竞争力，荷兰皇家飞利浦公司控股的美国Lumileds公司的功率型白光LED处于世界领先水平，美国、日本、德国等国的企业拥有70% LED 外延生长和芯片制备核心专利。日本东丽公司基本垄断了高性能碳纤维及其复合材料的市场。美国铝业公司掌握了80%的飞机用金属新材料专利，美国杜邦、日本帝人公司控制了对位芳酰胺纤维90%的产能。

  进入21世纪以来，发达国家逐渐意识到依赖于科学直觉与试错的传统材料研究方法已经跟不上工业加快速度进行发展的需求，甚至有可能成为制约技术和工业进步的瓶颈。因此，革新材料研发方法，加速材料从研发到应用的进程被提上各国政府的议事日程。例如，作为美国联邦政府AMP的重要组成部分，奥巴马政府在2011年提出“材料基因组计划”，目的是将材料从发现到应用的速度至少提高一倍，成本至少降低一半，发展以先进材料为基础的高端制造业，希望继续保持其在核心科技领域的优势。

  MGI的具体措施包括：①发展计算工具和方法，减少耗时费力的实验，加快材料设计和筛选；②发展和推广高通量材料实验工具，更快地进行候选材料验证和筛选；③发展和完善材料数据库/信息学工具，有效管理材料从发现到应用全过程数据链；④培育开放、协作的新型合作模式。MGI的*目标是实现通过理论模拟和计算完成先进材料的“按需设计”和全程数字化制造。

  在这场材料研发模式变革的过程中，欧盟、日本等也启动了类似的科学计划。欧盟以轻量、高温、高温超导、磁性及热磁、热电和相变记忆存储六类高性能合金材料需求为牵引，推出了“加速冶金学”计划。

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