新材料:新工業(yè)革命的物質基礎
2012-07-03   作者:記者 張彬/北京報道  來源:經濟參考報
 
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    ●任何一種高新技術的突破都必須以該領域的新材料技術突破為前提,新材料在第三次工業(yè)革命中將起到無可代替的基礎和支撐作用。
  ●2015年我國新材料產業(yè)總產值要達到2萬億元,年均增長率超過25%。
  ●大型跨國公司以其技術研發(fā)、資金、人才和專利等優(yōu)勢,在高技術含量、高附加值的新材料產品中占據主導地位,對我國新材料產業(yè)發(fā)展構成較大壓力。
  

    碳纖維復合材料是一種輕質高強的高性能的結構材料,主要用作航空航天結構,也被廣泛地用于汽車、風電、海洋、機械及體育器材等領域。(圖片由中國材料研究學會提供)

  新材料是一種基礎性和支柱性戰(zhàn)略產業(yè),是現(xiàn)代高新技術和產業(yè)的基礎和先導。任何一種高新技術的突破都必須以該領域的新材料技術突破為前提。材料方面的突破將有可能引發(fā)新的產業(yè)性革命。2015年我國新材料產業(yè)總產值要達到2萬億元,年均增長率超過25%。
  全國政協(xié)副主席、科技部部長萬鋼在接受《經濟參考報》記者獨家專訪時曾表示,新一輪產業(yè)變革是一種建立在互聯(lián)網和新材料、新能源相結合上的新經濟發(fā)展范式。材料工業(yè)是國民經濟的基礎產業(yè),新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導,新材料已被列入國家七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一。中國工程院副院長、工程院院士干勇曾表示,目前我國對新材料非常重視,財力、人力、物力都向材料集中。
  有關專家在接受記者采訪時表示,新材料是攻關新工業(yè)革命的物質基礎,中國需要看清和把握新材料技術和產業(yè)的發(fā)展前沿,構建完整的新材料產業(yè)體系。

  新材料是新科技革命的物質基礎

  中國材料研究學會咨詢部主任唐見茂向《經濟參考報》記者表示,新材料涉及領域廣泛,一般指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料,或是傳統(tǒng)材料改進后性能明顯提高和產生新功能的材料,主要包括新型功能材料、高性能結構材料和先進復合材料,其范圍隨著經濟發(fā)展、科技進步、產業(yè)升級不斷發(fā)生變化。新材料既是現(xiàn)代化的一種高新技術,又代表現(xiàn)代化的高新技術產業(yè)。
  唐見茂說,新材料有兩方面內涵:一方面是指運用新概念、新方法和新技術,合成或制備出具有高性能或具有特殊功能的新材料。如碳纖維可以說是一種全新概念的新材料,用聚丙烯腈原絲經過專門的碳化工藝制備而成;另一方面是指對傳統(tǒng)材料的再開發(fā),使性能獲得重大的改進和提高,如納米改性、稀土改性等,工程塑料改性目前較活躍,品種增多,性能不斷提高。
  唐見茂認為,新材料是攻關新科技革命的物質基礎,它在第三次工業(yè)革命的地位和作用主要表現(xiàn)在以下方面:
  第一,新材料本身就是一種高新技術,又是現(xiàn)代高新技術和產業(yè)的基礎和先導。在第三次工業(yè)革命中,將出現(xiàn)高新技術的大量開發(fā)和應用,任何一種高新技術的突破都必須以該領域的新材料技術突破為前提。就我國而言,某些重大工程和項目中出現(xiàn)的問題和困難都可以歸結為材料技術還沒有取得突破。而新材料的突破往往會引發(fā)人類劃時代的變革,如上世紀60年代高純硅半導體材料技術的突破,使人類進入信息化時代。又如高性能碳纖復合材料在今后20至30年將迎來新發(fā)展時期,引發(fā)一場航空工業(yè)革命性的變革(包括設計理念、物流供應鏈及維修服務業(yè))。因此新材料在第三次工業(yè)革命中將起到無可代替的基礎和支撐作用。
  第二,新材料與現(xiàn)代科學技術深度融合,是現(xiàn)代科學技術的組成部分,也是制約現(xiàn)代科學技術發(fā)展的瓶頸。第三次工業(yè)革命將以新能源、信息和新材料結合為特征,這樣的話將有大量的各種新材料得到開發(fā)應用,如果新材料的性能和質量不能突破,將直接影響到其它高新技術的應用和產業(yè)發(fā)展。
  第三,新材料對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的作用非常重要,大有作為。第三次工業(yè)革命的背景是資源、能源問題的全球性緊迫,目標是可持續(xù)發(fā)展。新材料的作用非常重要,大有作為。例如:新能源材料是新能源、可再生能源開發(fā)利用的基礎。環(huán)境友好材料對節(jié)約資源、保護環(huán)境、維持生態(tài)平衡將起到重要作用。輕質高強的新型結構材料將體現(xiàn)節(jié)能降耗的巨大效益。生物醫(yī)用材料將提高人類生活質量和健康水平。新型綠色建材關系到資源充分利用。

  全球新材料產業(yè)發(fā)展趨勢

  當今世界,科技革命迅猛發(fā)展,新材料產品日新月異,產業(yè)升級、材料換代步伐加快。唐見茂表示,新材料技術與納米技術、生物技術、信息技術相互融合,結構功能一體化、功能材料智能化趨勢明顯,材料的低碳、綠色、可再生循環(huán)等環(huán)境友好特性備受關注。發(fā)達國家高度重視新材料產業(yè)的培育和發(fā)展,具有完善的技術開發(fā)和風險投資機制,大型跨國公司以其技術研發(fā)、資金、人才和專利等優(yōu)勢,在高技術含量、高附加值的新材料產品中占據主導地位,對我國新材料產業(yè)發(fā)展構成較大壓力。
  從全球來看,新材料的發(fā)展趨勢可歸納為:
  第一,新材料與其它新技術深度融合,形成跨學科、跨領域、跨部門的發(fā)展態(tài)勢。如高純硅半導體材料,是目前太陽能光伏材料和電子信息技術的核心材料。以半導體芯片技術為基礎的數字化技術已融入現(xiàn)代技術的各個領域和部門,如生物芯片、半導體照明、仿生、通訊、遙控、數字化制造、節(jié)能等。
  第二,新材料上、下游產業(yè)結合更加緊密。新材料具有跨學科、領域、部門的特征,與信息、能源、醫(yī)療、交通、建筑等產業(yè)結合越來越緊密,新材料產業(yè)呈橫向擴散和互相包融趨勢。新材料與器件制造一體化,上下游產業(yè)縱向聯(lián)合,產業(yè)鏈向下游應用延伸。產品高性能化、功能化和多功能化,開發(fā)和應用聯(lián)系更加緊密。如半導體照明,從上游的芯片材料到中游的各種產品開發(fā)到下游的應用,必須形成完整產業(yè)鏈,以提高效率,降低資源消耗。又如新型動力電池,也是從上游正、負極材料到中游電池產品到下游的各種應用必須有完整的產業(yè)鏈,以滿足各種要求。
  第三,新材料更加注重可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展綠色、高效、低能耗、可回收再用的新材料以及發(fā)展先進的數字化制造技術是新材料發(fā)展的主要方向,對實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展非常重要。未來新材料的發(fā)展將加強注重與資源、能源、環(huán)境協(xié)調發(fā)展,注重資源再生利用,發(fā)展低能高效、無污染或少污染制造技術,提高產品人性化、環(huán);R跃G色建材為例,未來新材料在建材領域的目標是:抗菌、防霉、隔熱、阻燃、調溫、調濕、消磁、防射線、抗靜電等。
  第四,經濟需求成為主要發(fā)展動力。當前的世界,誰能在新技術及產品上發(fā)展更快,誰就能占領未來經濟新增長的主動權。有關統(tǒng)計顯示,2010年全球新材料產值8000億美元,新材料帶動的相關產業(yè)主要有能源、生物、信息、交通和環(huán)保等。
  《新材料產業(yè)“十二五”規(guī)劃》顯示,我國新材料市場需求巨大:
  新能源方面,“十二五”期間,我國風電新增裝機6000萬千瓦以上,建成太陽能電站1000萬千瓦以上,核電運行裝機達到4000萬千瓦,預計共需要稀土永磁材料4萬噸、高性能玻璃纖維50萬噸、高性能樹脂材料90萬噸、多晶硅8萬噸、低鐵絨面壓延玻璃6000萬平方米,需要核電用鋼7萬噸/年、核級鋯材1200噸/年、鋯及鋯合金鑄錠2000噸/年。
  節(jié)能新能源汽車方面,到2015年,我國新能源汽車累計產銷量將超過50萬輛,需要能量型動力電池模塊150億瓦時/年、功率型30億瓦時/年、電池隔膜1億平方米/年、六氟磷酸鋰電解質鹽1000噸/年、正極材料1萬噸/年、碳基負極材料4000噸/年。乘用車需求超過1200萬輛,需要鋁合金板材約17萬噸/年、鎂合金10萬噸/年。
  高端裝備制造方面,“十二五”期間,航空航天、軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業(yè),預計需要各類軸承鋼180萬噸/年、油船耐腐蝕合金鋼100萬噸/年、軌道交通大規(guī)格鋁合金型材4萬噸/年、高精度可轉位硬質合金切削工具材料5000噸。到2020年,大型客機等航空航天產業(yè)發(fā)展需要高性能鋁材10萬噸/年,碳纖維及其復合材料應用比重將大幅增加。
  新一代信息技術方面,預計到2015年,需要8英寸硅單晶拋光片約800萬片/年、12英寸硅單晶拋光片480萬片/年,平板顯示玻璃基板約1億平方米/年,TFT混合液晶材料400噸/年。
  節(jié)能環(huán)保方面,“十二五”期間,稀土三基色熒光燈年產量將超過30億只,需要稀土熒光粉約1萬噸/年;新型墻體材料需求將超過230億平方米/年,保溫材料產值將達1200億元/年;火電煙氣脫硝催化劑及載體需求將達到40億元/年,耐高溫、耐腐蝕袋式除塵濾材和水處理膜材料等市場需求將大幅增長。
  生物產業(yè)方面,2015年,預計需要人工關節(jié)50萬套/年、血管支架120萬個/年,眼內人工晶體100萬個/年,醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷、醫(yī)用金屬等材料需求將大幅增加?山到馑芰闲枰廴樗幔≒LA)等5萬噸/年、淀粉塑料10萬噸/年。

  我國新材料產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

  “我國已成為材料大國。十種有色金屬產量連續(xù)8年世界第一,高分子材料產量多年位居世界前列!碧埔娒硎荆涍^幾十年奮斗,我國新材料產業(yè)從無到有,不斷發(fā)展壯大,在體系建設、產業(yè)規(guī)模、技術進步等方面取得明顯成就,為國民經濟和國防建設做出了重大貢獻,具備了良好發(fā)展基礎。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
  第一,新材料產業(yè)體系初步形成。我國新材料研發(fā)和應用發(fā)端于國防科技工業(yè)領域,經過多年發(fā)展,新材料在國民經濟各領域的應用不斷擴大,初步形成了包括研發(fā)、設計、生產和應用,品種門類較為齊全的產業(yè)體系。
  第二,新材料產業(yè)規(guī)模不斷壯大,平均年增長10%,重點材料如電子信息材料達20%-30%,生物醫(yī)用材料達20%。2010年我國新材料產業(yè)規(guī)模超過6500億元,與2005年相比年均增長約20%。其中,稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等產能居世界前列。產業(yè)集群發(fā)展,區(qū)域特色明顯,形成了長三角、珠三角、環(huán)渤海三個新材料產業(yè)集群區(qū),全國新材料企業(yè)超12000家。
  第三,部分關鍵技術取得重大突破。我國自主開發(fā)的鉭鈮鈹合金、非晶合金、高磁感取向硅鋼、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、超硬材料、間位芳綸和超導材料等生產技術已達到或接近國際水平。新材料品種不斷增加,高端金屬結構材料、新型無機非金屬材料和高性能復合材料保障能力明顯增強,先進高分子材料和特種金屬功能材料自給水平逐步提高。
  唐見茂同時表示,雖然我國新材料的發(fā)展取得了巨大成績,但是總體發(fā)展水平仍與發(fā)達國家有較大差距,新材料產業(yè)尚未實現(xiàn)由資源密集型向技術密集型的跨越,產業(yè)發(fā)展面臨一些亟待解決的問題,這主要表現(xiàn)在:
  第一,新材料自主開發(fā)能力薄弱。關鍵新材料保障能力不足,許多關鍵產品還依賴進口,受到國外制約,如高鐵的輪對材料、第三代鋰電正極材料、半導體上游材料等。產品仿制多,技術落后,核心技術受制于人。
  第二,產業(yè)發(fā)展缺乏科學規(guī)劃、統(tǒng)籌規(guī)劃和政策引導,產業(yè)結構不甚合理,產業(yè)規(guī)模小,較分散、同一水平重復多,形成國內同行競爭。
  第三,大型材料企業(yè)創(chuàng)新動力不強,研發(fā)投入少,關鍵新材料保障能力不足;產學研用相互脫節(jié),產業(yè)鏈條不完美,新材料推廣應用困難,新材料產業(yè)研發(fā)投入少且分散。
  第四,新材料產業(yè)總體仍處在高投入、高消耗、低效益的粗放型的階段。新材料的高產值以高能耗換取,萬元GDP能耗為世界平均水平的3倍,是日本的7.2倍。資源利用率不高,如有色金屬礦產資源利用率為60%,比發(fā)達國家低10%-20%。

  2015年我國新材料總產值要達2萬億元

  “美國把新材料提高到第二重要的戰(zhàn)略位置。”中國工程院院士、中國科協(xié)副主席黃伯云告訴《經濟參考報》記者,我國新材料的發(fā)展也面臨著很大的發(fā)展機遇。
  《新材料產業(yè)“十二五”規(guī)劃》提出,我國新材料產業(yè)“十二五”時期的發(fā)展目標是,到2015年,初步形成具有完善政策體系、創(chuàng)新能力較強、規(guī);男虏牧袭a業(yè)體系,在各重點領域掌握一批具有自主知識產權的關鍵材料與技術。
  具體而言,在產業(yè)規(guī)模方面,2015年新材料產業(yè)總產值要達到2萬億元,年均增長率超過25%;研發(fā)投入明顯增加,重點新材料企業(yè)研發(fā)投入占銷售收入比重達到5%。建成一批新材料工程技術研發(fā)和公共服務平臺。
  在產業(yè)結構方面,打造10個創(chuàng)新能力強、具有核心競爭力、新材料銷售收入超150億元的綜合性龍頭企業(yè),培育20個新材料銷售收入超過50億元的專業(yè)性骨干企業(yè),建成若干主業(yè)突出、產業(yè)配套齊全、年產值超過300億元的新材料產業(yè)基地和產業(yè)集群。
  在保障能力方面,新材料產品綜合保障能力提高到70%,關鍵新材料保障能力達到50%,實現(xiàn)碳纖維、鈦合金、耐蝕鋼、先進儲能材料、半導體材料、膜材料、丁基橡膠、聚碳酸酯等關鍵品種產業(yè)化、規(guī)模化。
  唐見茂表示,《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》的出臺,使得新材料將迎來新的發(fā)展時期,2020年新材料產業(yè)成為國民經濟的先導產業(yè)之一。技術定位是,發(fā)展具有自主知識產權的關鍵材料與技術,提高自主創(chuàng)新能力,形成我國新材料產業(yè)發(fā)展的科技創(chuàng)新體系和產業(yè)規(guī)模。市場定位:主要滿足國民經濟和國防建設的重大需求。瞄準國際化的高新技術高端市場,具有高技術含量、高附加值、高性價比。

  發(fā)展新材料的對策

  唐見茂表示,對于新材料在“十二五”時期的發(fā)展,國家將在財政支持、稅收激勵、信貸和融資、對外合作、人才培養(yǎng)等方面加大扶持力度,戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關材料將得到重點支持,如新能源材料、半導體照明材料、新型顯示材料、高性能電池材料、稀土功能材料、高性能纖維及其復合材料等。前沿性基礎材料研將得到加強,如超導材料、納米材料與器件、功能與智能材料、新型微電子和光電子材料等。新材料重點產業(yè)將持續(xù)發(fā)展,包括石化、鋼鐵、有色、輕工、建材等。具體而言,
  第一,應加速產業(yè)結構調整,促進新材料由資源型向集約型轉變。完善產業(yè)發(fā)展的政策體系,加快資源整合,優(yōu)化產業(yè)布局,根據各地優(yōu)勢資源及產業(yè)基礎,重點培育和發(fā)展一批新材料產業(yè)骨干企業(yè);通過支持企業(yè)強強聯(lián)合、兼并重組,促進產業(yè)集聚和資源整合,培育一批具有國際競爭力的大型新材料企業(yè)集團,構建產學研用協(xié)調發(fā)展的產業(yè)模式。
  第二,加強企業(yè)技術創(chuàng)新及技術改造。鼓勵支持上下游企業(yè)和科研院所建立各種模式的創(chuàng)新聯(lián)盟,由企業(yè)、研究機構和大學共同參與,強化技術開發(fā)的實用性、先進性和集成性,通過知識產權的約定保障各自利益。
  培育一批有典型示范效應的產業(yè)基地和園區(qū),搭建產學研用一體化創(chuàng)新平臺,加快技術研發(fā)、成果推廣和產業(yè)化步伐。鼓勵國外研究機構和公司參與產學研用聯(lián)盟,在互惠互利及產權保護協(xié)議的基礎上,開展合作研究、人才培訓和技術交流。
  第三,健全和完善新材料產品國家標準體系。根據我國新材料產品的特點和發(fā)展趨勢,健全和完善新材料產品的國家標準體系。積極參與新材料國際標準的制定。
  第四,建立和完善高效的投融資體系。建立有利于新材料產業(yè)發(fā)展風險投資扶持政策,積極引導風險資本與成長型新材料企業(yè)對接,完善市場退出機制。加大財政、金融、稅收、土地等方面對新材料產業(yè)的扶持力度,設立新材料產業(yè)發(fā)展專項資金,確保對新材料產業(yè)連續(xù)、穩(wěn)定的支持。
  第五,營造使用我國自主開發(fā)的新材料的機制和環(huán)境。鼓勵優(yōu)先使用我國自主開發(fā)的新材料,加大支持力度,對于戰(zhàn)略性的重要新材料,如碳纖維等,可成立專門的工程應用研究中心,開展高端應用研究,在應用中實現(xiàn)改進和提高。
  第六,爭取和創(chuàng)造良好的國際環(huán)境,保證國內企業(yè)健康發(fā)展。高度重視利用反專利、反傾銷手段為我國新材料的發(fā)展創(chuàng)造公平的市場環(huán)境,保護我國新材料產業(yè)健康發(fā)展。嚴格控制稀缺資源和資源型初級產品出口,強化我國具有資源優(yōu)勢的新材料的比較優(yōu)勢,構建良好的供應體系,共同培育國內材料產業(yè)發(fā)展的市場環(huán)境。
  第七,實施專業(yè)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略。加大新材料領域創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)力度,建立適合創(chuàng)新人才發(fā)展的激勵和競爭機制,吸收國外高水平的技術和管理人才,為推動我國新材料產業(yè)科技創(chuàng)新體系的建設提供保障。

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