材料服务国民经济、社会发展、国防建设和人民生活的各个领域,是经济建设、社会进步和国家安全的物质基础和先导,支撑了整个社会经济和国防建设。新一代信息技术与新材料是制造业的两大“底盘技术”。新一代信息技术是第四次工业革命的驱动力,而新材料是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础。信息技术与新材料深度融合,共同推动制造业向高端化发展。
近几年,在新一轮科技革命和产业革命的大背景下,新材料技术不断取得新突破,新材料和新物质结构不断涌现,全球新材料产业保持快速增长态势。与发达国家相比,我国新材料产业起步较晚、基础薄弱。“十二五”以来,我国出台多项政策文件,在材料领域全面部署,对标发达国家奋起直追。经过不懈努力,我国在体系建设、产业规模、技术进步、集群效应等方面取得了较大进步,为国民经济和国防建设做出了重要贡献,已成为名副其实的材料大国。但与此同时,我国新材料产业发展也存在诸多问题,材料强国之路任重道远。
为推动新材料产业高质量发展,支撑制造强国战略实施,2017年12月,中国工程院正式启动“新材料强国2035战略研究”重大咨询项目,旨在对我国新材料产业发展进行顶层设计。项目组织先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料,以及新材料评价、表征、标准平台建设等课题组,聚焦重点领域,制定面向2035的新材料强国发展战略,为国家加快提升新材料自主创新能力和产业核心竞争力提供咨询建议。
本文作为“新材料强国2035战略研究”项目的学术性成果展示,分析新材料产业发展现状、趋势及存在问题,梳理新材料产业政策,围绕新材料战略需求,研究新材料强国发展战略总体思路、强国特征及发展目标,针对新材料产业重点领域提出重点发展方向,研究提出相关政策措施,为我国新材料产业发展和政府有关部门决策提供支撑和参考。
1. 产业发展现状及趋势
全球新材料产业发展迅速,产业规模不断扩大。据统计,2019年全球新材料产值达2.82万亿美元。全球新材料产业已形成三级梯队竞争格局,各国产业发展各有所长。第一梯队是美国、日本、欧洲等发达国家和地区,在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势。第二梯队是韩国、俄罗斯、中国等国家,新材料产业正处在快速发展时期。第三梯队是巴西、印度等国家。从全球看,新材料产业垄断加剧,高端材料技术壁垒日趋显现。大型跨国公司凭借技术研发、资金、人才等优势,以技术、专利等作为壁垒,已在大多数高技术含量、高附加值的新材料产品中占据了主导地位。
当前,以新一代信息技术、新能源、智能制造等为代表的新兴产业快速发展,对材料提出了更高要求,如超高纯度、超高性能、超低缺陷、高速迭代、多功能、高耐用、低成本、易回收、设备精良等,新材料的研制难度前所未有。新材料产业向绿色化、低碳化、精细化、节约化方向发展。新材料研发及制备方法创新进程加快。以材料基因工程为代表的材料设计新方法的出现,大幅缩减了新材料的研发周期和研发成本,加速新材料的创新过程。物联网、人工智能、云计算等新一代信息技术和互联网技术的飞速发展,以及新型感知技术和自动化技术的应用,推动新材料产业研发进程不断加快。
2. 新材料产业政策
近年来,国外主要发达国家针对新材料重点领域出台了相关专项政策,对重点新材料领域实行长期精准扶持和提前战略布局,促进本国新材料产业快速发展,使其纷纷在国际新材料产业中占据了领先地位。如在第三代半导体领域,美国、欧洲、英国、日本、韩国等国家和地区近年来出台了60余项政策,总投入37亿美元,主要发展电力电子、光电子、微波射频、半导体照明等领域的SiC衬底、GaN射频器件、GaN LED、SiC和Si基GaN功率器件、有机发光半导体(OLED)、电力电子器件等芯片封装材料 。
针对重点材料领域,国外积极实施保护本国利益的贸易政策。截至2020年8月,美国已对约5500亿美元中国输美商品加征关税,关税清单中广泛涉及通信、电子、机械设备、汽车、家具等产品,这些产业间接或直接影响到上游新材料企业,尤其是低附加值的材料企业利润将受到较大影响。
发达国家对关键技术和产品的出口不断设置壁垒。2018年8月,美国总统签署了《出口管制改革法案》,同年11月美国商务部工业与安全局又提出了一份针对关键技术和相关产品的出口管制框架方案,列出了14个考虑进行管制的领域,涉及先进材料技术以及与新材料制备相关的设备、检测仪器等 。