中國材料研究學會新材料發(fā)展戰(zhàn)略研究院、新材料在線

在由中國工程院、中國科學技術協(xié)會和中國材料研究學會共同主辦的“中國新材料產(chǎn)業(yè)高峰論壇——第三屆中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會暨2021‘科創(chuàng)中國新材料專家、技術、需求推介會”上，中國工程院院士李元元根據(jù)中國工程院相關重大咨詢項目的部分研究成果作了《新形勢下我國新材料發(fā)展的戰(zhàn)略機遇與挑戰(zhàn)》的主題報告。

針對該主題，李元元院士從新材料的戰(zhàn)略地位、發(fā)展概況、重大需求、問題挑戰(zhàn)、戰(zhàn)略機遇、歷史任務等多個維度進行了詳細解讀。

2020年我國新材料企業(yè)產(chǎn)值超6萬億元

材料是工業(yè)生產(chǎn)的物質保障，鋼鐵材料成就了機器化生產(chǎn)，電磁材料催生自動化材料，半導體材料形成了以信息化生產(chǎn)為主的“工業(yè)3.0”時代，近年來隨著人工智能材料的出現(xiàn)，工業(yè)已邁入智能制造“工業(yè)4.0”時代?！叭魏我淮胃咝录夹g的更新?lián)Q代，都必須以該領域的新材料技術突破為前提，新材料在工業(yè)革命中起到了無可替代的基礎和支撐作用。”

進入21世紀，在全球范圍內，許多國家都在緊密出臺新材料的國家戰(zhàn)略計劃。比如美國通過“材料基因組”計劃，構建先進完備的材料研究工具與大數(shù)據(jù)，加速新材料的市場應用進程，以滿足多樣化的國家需要。歐盟的“石墨烯旗艦計劃”、日本的“創(chuàng)新制造戰(zhàn)略”、德國的“國家工業(yè)戰(zhàn)略2030”等，重點布局在新能源、信息、汽車、海洋等各自優(yōu)勢的領域和戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)。

李元元院士指出，我國新材料產(chǎn)業(yè)起步晚、底子薄、起點低。但經(jīng)過材料人三十余年的努力，取得了舉世矚目的成就，我國已成為世界材料大國。在前沿研究方面，發(fā)明專利和論文數(shù)量均位居世界第1；在人才培養(yǎng)方面，專業(yè)技術人才已達120萬人，同樣位居世界第1；在研發(fā)機構方面，新材料技術創(chuàng)新中心、國家重點實驗室、產(chǎn)業(yè)化基地等達400多家；在生產(chǎn)企業(yè)方面，2020年新材料生產(chǎn)企業(yè)達到867萬家，產(chǎn)值超過了6萬億元，約占我國GDP的6%。

當前，中國新材料已進入到了高速發(fā)展的快車道，前沿研究正邁向世界的前列，尤其是前沿熱點領域表現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭；部分領域與發(fā)達國家形成了并跑；甚至少數(shù)的領域已經(jīng)形成領跑局面。產(chǎn)業(yè)集群已逐步形成長三角、珠三角、環(huán)渤海三大新材料產(chǎn)業(yè)聚集地，表現(xiàn)出蒸蒸日上的發(fā)展局面。特色產(chǎn)業(yè)形成優(yōu)勢，西部、東北、中部分別以能源、資源、地域為特色的新格局，呈現(xiàn)出高速發(fā)展的新態(tài)勢。以企業(yè)為主體，市場為導向，產(chǎn)學研用相融合的新材料創(chuàng)新體系正在逐步形成。

近幾年，我國發(fā)展較快的新材料包括先進基礎材料、關鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料3大領域。先進基礎材料方面，超級鋼、電解鋁、低負荷水泥等都已經(jīng)突破了關鍵技術；關鍵戰(zhàn)略材料方面，稀土永磁等材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)是世界第1；前沿新材料領域，石墨烯等材料處于國際領先地位。

高端制造對新材料提出迫切需求

當前，在決定國家未來的6大核心推動技術方面，中國與美國等西方領先國家比較，仍然存在較大的差距，其差距的縮小均與關鍵戰(zhàn)略材料的發(fā)展密不可分。美國智庫曾提出“中國不能發(fā)展”的5大“卡脖子”核心技術，無論是芯片技術、高端發(fā)動機技術還是生物醫(yī)藥與裝備技術等，都離不開關鍵材料瓶頸技術的突破。高端制造對新材料的需求十分重大且迫切?！吨袊圃?025》中的10大重點產(chǎn)業(yè)領域，均涉及關鍵戰(zhàn)略材料的重大需求。美國的“先進制造伙伴計劃”中3大優(yōu)先發(fā)展領域，也強調新材料的戰(zhàn)略保障作用。德國“工業(yè)4.0”也把新材料與信息技術列為同等地位。

在我國，“墨子號”量子衛(wèi)星、“天眼”工程、載人航天、探月工程、深海工程、北斗導航等國家工程都對新材料存在重大需求。國家戰(zhàn)略工程方面，如制造業(yè)創(chuàng)新中心建設工程、智能制造工程、工業(yè)強基工程、綠色制造工程、高端裝備創(chuàng)新工程等均離不開新材料與新技術的突破創(chuàng)新。

新材料產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)重重

不可忽視的是，我國新材料亦面臨各種問題與挑戰(zhàn)。李元元院士從新材料產(chǎn)業(yè)外部、內部、產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)學研用一體化、支撐體系等維度進行了深入分析。

我國新材料發(fā)展受到外部環(huán)境的嚴重挑戰(zhàn)，特別是當前發(fā)達國家全球化產(chǎn)業(yè)分工優(yōu)勢已不復存在的情況下，為確保其制造領先地位，提出了“再工業(yè)化”，其本質是“再技術化”，這將對我國智能自主制造帶來嚴重挑戰(zhàn)。而突破的本質，則在于發(fā)展新材料技術。

當前發(fā)達國家對中國實施“卡脖子”封鎖已成為常態(tài)。中國在高端數(shù)控機床、大飛機、航空發(fā)動機等精密設備的關鍵部件，進口依賴仍占95%，關鍵基礎材料的進口依賴占32%。另外，95%的高端專用芯片和70%的智能終端處理器，以及大多數(shù)的存儲芯片都仍依賴進口?！斑@些都與關鍵材料密切相關?！彪S著國際形勢日趨復雜多變，近年來美國已開始實施“小院高墻”政策，對我國依賴進口的新材料形成更加嚴厲的“卡脖子”封鎖，如在半導體材料、顯示材料，生物醫(yī)用材料，高性能纖維、高性能膜材料，先進高分子材料等方面，都被列入對中國嚴格限制出口的名單。

除了外部環(huán)境，我國內部工業(yè)發(fā)展也面臨“三重重任”，比如補課“工業(yè)2.0”，尚存在20%缺口，普及“工業(yè)3.0”，還有一半的任務未完成，尤其是在示范“工業(yè)4.0”前沿，還有更多的探索性工作?！叭刂厝巍币笾M行產(chǎn)業(yè)轉型升級，解決創(chuàng)新能力，緊跟“工業(yè)4.0”步伐，實現(xiàn)高質量發(fā)展。

與“三重重任”相應的新材料戰(zhàn)略，包括先進基礎材料，關鍵戰(zhàn)略材料和前沿新材料?！斑@3類材料都要求加快發(fā)展，為我國工業(yè) ‘三重任的完成提供支撐?！?/p>

同時我國新材料高質量發(fā)展面臨巨大壓力?！半p碳”目標提出后，實現(xiàn)“碳中和”留給美國的時間是50年，而中國僅僅有30年的時間，中國的碳減排目標遠遠高于美國。在短時間內要實現(xiàn)上述目標，需要完成4項關鍵任務：大力發(fā)展新能源材料；實現(xiàn)化工、冶金、建材工業(yè)流程的綠色化；大力發(fā)展固碳轉化材料；大力發(fā)展再生新材料等。

此外，我國新材料產(chǎn)業(yè)鏈問題突出。一是上游高純原材料和中游的加工輔料，都面臨嚴重的“卡脖子”問題。如碳硫硅陶瓷、高端金屬、生物醫(yī)用原材料等高純原料的研制，受提純工藝及加工裝備的限制，因此需要通過提升基礎能力、突破關鍵材料、提高裝備水平等措施加以應對。

二是新材料企業(yè)創(chuàng)新主體地位仍不明確。長期以來中國創(chuàng)新的主體集中在高校和科研院所，創(chuàng)新要素與生產(chǎn)要素的融合遠遠不足，企業(yè)對研發(fā)的投入意識也不充分，以企業(yè)為主導的產(chǎn)、學、研、用創(chuàng)新平臺建設有待加強。

三是在產(chǎn)業(yè)鏈下游方面，新材料應用集成能力嚴重不足。新材料企業(yè)對下游客戶普遍缺乏應用大數(shù)據(jù)的建設，這方面與美國差距巨大；在材料與應用端一體化集成能力方面與國外存在較大差距；在材料與應用端融合集成方面，普遍缺乏“產(chǎn)用”平臺過渡與支持，是其中的一大短板。

四是當前國內新材料產(chǎn)、學、用一體化差距較大。新材料原創(chuàng)能力不足，在研發(fā)方面主要處于跟跑狀態(tài)，創(chuàng)新源動力不足；我國新材料專利成果轉化率較低，盡管中國的新材料發(fā)明專利數(shù)量已經(jīng)是世界第1，但是新材料專業(yè)專利成果的轉化率僅占10%，而美國轉化率達80%，差距巨大。材料成果轉化作為一個系統(tǒng)工程，當前轉化鏈條中間存在諸多缺失的因素，所以造成轉化率較低。由于大多數(shù)的成果目前仍然依托于高校和科研院所，在成果轉化過程當中，往往要經(jīng)歷一個“死亡之谷”的曲線。因此，我國新材料成果轉化率較低。

五是在基礎研究方面，缺乏體系化。目前總體上以自由選題為主，缺乏宏觀系統(tǒng)整合；缺乏材料戰(zhàn)略大科學家組織重大共性科學問題進行系統(tǒng)研究，與美國“集團軍作戰(zhàn)”的局面差距較大；此外，基礎研究的細度、縱向深度和橫向廣度均欠佳。

六是新材料支撐體系風險巨大。一方面是新材料設計軟件完全受制于國外。設計制造軟件長期依賴進口，主要是由于研發(fā)周期長，投入大，知識產(chǎn)權保護不足，材料與軟件開發(fā)領域缺乏技術互動與融合，也缺乏材料大數(shù)據(jù)庫的有效支撐。

另一方面，新材料高端檢測儀器依賴進口。高端檢測儀器作為國家高技術發(fā)展水平的重要標志，目前，絕大部分都是依賴進口。在諾貝爾獎中，11%是因發(fā)明儀器而獲獎，72%的物理獎、81%的化學獎依靠尖端科學儀器完成。由于我國在高端檢測儀器方面的嚴重的落后，制約著我國在上述標志性成果方面的爭取。

最后，新材料的基礎保障能力仍較落后，在原材料、關鍵設備、材料性能集成化等系統(tǒng)基礎研究方面布局不足。材料工藝缺乏深度、細度上的突破。材料加工的數(shù)字化智能化水平長期落后。這些都與發(fā)達國家存在較大的差距，上述問題與挑戰(zhàn)將伴隨著我國從制造大國向制造強國，從材料大國向材料強國轉變的過程。

新一輪科技革命與經(jīng)濟發(fā)展轉型帶來戰(zhàn)略機遇

上述挑戰(zhàn)，也給新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了重大機遇。從2011年起，我國已成為全球制造業(yè)第一大國，中國的制造業(yè)完全趕上了第4次工業(yè)革命。目前制造業(yè)的規(guī)模已經(jīng)居全球首位，門類齊全，有獨立完整的現(xiàn)代工業(yè)體系。新一輪科技革命與我國經(jīng)濟發(fā)展轉型形成歷史交匯，將產(chǎn)生重大的戰(zhàn)略機遇。在實現(xiàn)從制造大國向制造強國的歷史使命中，新材料作為2大底盤技術之一，產(chǎn)業(yè)發(fā)展將從價值鏈中低端向中高端邁進。當前全球新材料競爭表現(xiàn)出新的特征。在材料的前沿研究方面，隨著原創(chuàng)、變革、顛覆性技術的不斷涌現(xiàn)，爭奪行業(yè)發(fā)展的主動權日趨激烈；在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，隨著高新技術、高端制造和重大工程的變革，產(chǎn)業(yè)發(fā)展主導權成為爭奪的對象；在材料技術應用方面，產(chǎn)學研用融合，立足企業(yè)整體創(chuàng)新，是爭奪工業(yè)發(fā)展自主權的關鍵。此外，人工智能與新材料相結合，加劇了材料高性能和智能化的競爭?？傮w上我國已具備研發(fā)、制造、應用的完整材料工業(yè)體系和產(chǎn)業(yè)的積累。

材料人要堅持“4個面向”

在新的歷史使命中，材料人肩負攻堅克難的主要任務，一方面，要加快解決亟待解決的關鍵問題。另一方面，對未來要解決的關鍵問題也要及早進行謀劃。2020年9月11日，習近平總書記在科學家座談會上提出：希望廣大科學家和科技工作者肩負起歷史責任，堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，不斷向科學技術廣度和深度進軍。

因此，材料人需要堅持習總書記提出的“4個面向”，圍繞材料的前沿研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術應用等3個維度，重點提升原創(chuàng)、基礎、補短、集成、智能、綠色等6項能力。從而實現(xiàn)高新技術邁入創(chuàng)新型國家前列，在先進制造方面實現(xiàn)自主把控世界產(chǎn)業(yè)格局。在重大工程方面實現(xiàn)世界一流發(fā)展水平。

在未來20年，中國新材料戰(zhàn)略布局主要基于產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級、綠色產(chǎn)業(yè)、材料產(chǎn)業(yè)、智能產(chǎn)業(yè)，重點布局人工智能材料、信息技術材料、航空發(fā)動機及燃氣輪機材料、新能源材料、量子材料、高品質特殊鋼等。未來中長期將圍繞石墨烯、量子、生物大分子和基因調控、類腦等展開戰(zhàn)略布局。在長遠未來，則將側重發(fā)展暗物質、暗能量、引力波等新物質新材料。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.06.011