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一、新材料的構成和特征

1、新材料的構成

材料，我們每個人都不陌生，比如毛衣的構成材料是毛線、瓷碗的制作材料是無機非金屬材料等等，我們生活中的方方面面都有材料的存在，那么什么是材料呢，材料是由什么構成的呢。

正常來說，材料是指具有一定的化學成分與分子結構，以及能提供一定的物理和化學性能使其可用來制造各種產(chǎn)品和工具的物質。這個定義是非常廣泛的，它幾乎涉及人類生活和工作的方方面面，以及所有現(xiàn)代高新技術領域和所有現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系。所以說材料是人類物質文明的基礎，也是現(xiàn)代高新技術的基礎和先導。

那什么是新材料呢？新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料以及傳統(tǒng)材料成分、工藝改進后性能明顯提高或具有新功能的材料。具體的分類如下圖所示：

圖一 新材料的分類

 2、新材料的產(chǎn)業(yè)特征

（1）新材料：自主研發(fā)創(chuàng)新的重要性凸顯

在全世界的范圍內，新材料的創(chuàng)新研發(fā)都得到高度重視，紛紛制定新材料發(fā)展規(guī)劃，在全面開發(fā)研究的基礎上，在市場和產(chǎn)業(yè)環(huán)境等不同層面出臺相應的政策，全力提升新材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)水平。

圖二 世界部分國家的新材料領域戰(zhàn)略規(guī)劃

（2）新材料：高新技術產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促使新材料加快更新?lián)Q代

材料工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。生產(chǎn)力是社會發(fā)展的根本動力，高新技術的突破加快了技術向生產(chǎn)力的轉化，同時對關鍵的基礎材料提出了新的挑戰(zhàn)和需求，例如：氮化鎵（GaN）等化合物半導體材料的發(fā)展，催生了半導體照明技術；太陽能電池轉換效率的提高，極大地推進了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（3）跨國集團占據(jù)主導地位、國企奮發(fā)追趕

新材料產(chǎn)業(yè)作為我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和“中國制造2025”重點發(fā)展的十大領域之一，是我國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級和提升裝備制造業(yè)的基礎。為使我國早日成為世界制造強國，我國加大對新材料產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度、引進外資、招納賢才等，從而擴大我國新材料市場。一些著名的跨國公司通過對華新產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模的增加、投資形式和內容的多元化等方式，不斷提升在華新材料產(chǎn)業(yè)的投資布局，從而帶動我國新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，為解決跨國公司信息技術的壟斷，我國有關方面也正在努力提高攻克“關鍵核心技術”的創(chuàng)新能力。

目前，世界著名企業(yè)集團憑借其技術研發(fā)、資金和人才等優(yōu)勢不斷向新材料領域拓展，在高附加值新材料產(chǎn)品中占據(jù)主導地位。比如：半導體硅材料市場份額的70%以上由日本信越、日本勝高和德國世創(chuàng)所占據(jù)；飛利浦控股的美國流明的功率型白光LED國際領先，美國日本德國等國家的企業(yè)擁有70%LED外延生長和芯片制備核心專利。

（4）新材料綠色產(chǎn)業(yè)成為發(fā)展的重要趨勢

綠色經(jīng)濟是以市場為導向、以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟為基礎、以經(jīng)濟與環(huán)境的和諧為目的而發(fā)展起來的一種新的經(jīng)濟形式，是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟為適應人類環(huán)保與健康需要而產(chǎn)生并表現(xiàn)出來的一種發(fā)展狀態(tài)。如今，資源的日益枯竭、不斷惡化的生態(tài)環(huán)境和大幅提升的人均需求等發(fā)展困境，綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)成為人類共識，如何發(fā)展綠色經(jīng)濟，成為最關鍵的問題。

以新材料產(chǎn)業(yè)為導向，壯大“綠色經(jīng)濟+新材料產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展，是各國目前奮斗的目標。中國工程院院士屠海令院士曾說，綠色新材料產(chǎn)業(yè)的崛起，引起電力、建筑、汽車、通信等多個產(chǎn)業(yè)發(fā)生重大變革，綠色低碳的新材料技術及產(chǎn)業(yè)化將成為今后發(fā)展的主要方向，未來在追求經(jīng)濟目的的同時更加注重資源節(jié)約、環(huán)境保護、公共健康等社會目標。

（5）新材料研發(fā)模式的變革、創(chuàng)新

過去，材料的研發(fā)模式主要依賴科學直覺與試錯的材料傳統(tǒng)研究方法，但這種模式效率低下、成本過高，弊端明顯，已不能適應工業(yè)快速發(fā)展的需求，反而成為制約技術發(fā)展和工業(yè)進步的瓶頸。近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的發(fā)展，利用新技術進行材料設計的成果大量涌現(xiàn)，其中最受到好評的是材料基因大數(shù)據(jù)驅動的新材料研發(fā)模式。

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，海量數(shù)據(jù)處理技術的積累和人工智能算法的逐步成熟，以數(shù)據(jù)驅動的創(chuàng)新研究手段，已成為繼實驗、理論和模擬之后的第四種研究范式，這也正在成為新材料研發(fā)的必然選擇。

二、全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局變化及未來發(fā)展趨勢

1、新材料的發(fā)展歷程

新材料的發(fā)展歷程可以說和人類文明的發(fā)展息息相關，從石器文明、青銅器文明、鐵器文明，都見證著人類發(fā)現(xiàn)、掌握、使用材料的漫漫歷程。自18世紀60年代的第一次工業(yè)革命拉開帷幕，人類文明相繼走過爭氣時代、電氣時代，一直到今天的信息時代。三次工業(yè)革命表面上看似與新材料沒有直接的關系。但試想，若沒有第一次工業(yè)革命中鋼鐵工藝、第二次工業(yè)革命蒸汽機、第三次工業(yè)革命石化工業(yè)的興起，怎會有信息化和通信產(chǎn)業(yè)的變革，怎會有飛機、汽車、郵輪的馳騁，更別談互聯(lián)互通的虛擬世界，別談大數(shù)據(jù)、人工智能產(chǎn)業(yè)為今天的成果加持。人類技術的更新迭代同樣伴隨著人們的衣食住行而發(fā)生。

第一個工業(yè)革命是發(fā)生于18世紀60年代的英國，英國主導的第一次工業(yè)革命中，鋼鐵工業(yè)無疑是生產(chǎn)力飛躍的物質基礎。隨著坩堝煉鋼法和瓦特蒸汽機等革命性技術的廣泛應用，英國鋼鐵產(chǎn)量不斷上升、鋼鐵價格不斷下降，鐵已經(jīng)豐富和便宜到可以用于一般的建設。

第二次工業(yè)革命始于19世紀60年代末期，以電能的突破、應用以及內燃機的出現(xiàn)為標志，德國是這一場工業(yè)革命的引領者，美國則是集大成者。德國化學工業(yè)與化工材料在第二次工業(yè)革命中異軍突起，更成為了德國經(jīng)濟彎道超車、軍事迅猛崛起的基礎。在過去100多年中，德國幾經(jīng)興衰，卻都能完成復興，這離不開德國在第二次工業(yè)革命中完成的技術積累與沉淀。

第三次工業(yè)革命起始于20世紀50年，以計算機的發(fā)明、信息化和通信產(chǎn)業(yè)的變革為標志，美國是這一次革命的發(fā)起者與當之無愧的領軍者。美國在核技術、生物技術、噴氣航空技術、載人航天技術、微電子技術和信息技術等領域幾乎全面領先于世界。與上述領域相關的核工程材料、生物高分子材料、高溫合金、航空航天材料、半導體材料與信息材料等技術，更成為了美國獲得全球霸權的物質基礎。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，信息技術對經(jīng)濟活動和人類生活方式產(chǎn)生了較為深刻的影響。半導體工業(yè)已經(jīng)成為藍色星球上最為精密、產(chǎn)值最高、全球化程度最深的產(chǎn)業(yè)，半導體材料則成為了承載信息社會的重要物質基礎。隨著半導體超晶體格概念的提出，以及分子束外延、化學束外延等先進外延生長技術的進步，半導體物理從過去的“雜質工程”發(fā)展到“能帶工程”，為基于量子效應的新一代器件應用奠定了基礎。截至目前，半導體材料已經(jīng)發(fā)展到第三代。

2、新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局變化

近些年，新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢待發(fā)，全球新材料產(chǎn)業(yè)的競爭格局也正在發(fā)生重大調整。無疑這是我國材料產(chǎn)業(yè)結構調整的機遇與挑戰(zhàn)。

材料技術領域研發(fā)面臨新的突破，新材料和新物質結構不斷涌現(xiàn)，全球新材料技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，新材料技術成為各國競爭的熱點之一，2016年新材料產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過2萬億美元，到2018年已經(jīng)達到2.5萬億美元，平均每年以10%以上的速度增長，如下圖所示：

3、國際新材料行業(yè)發(fā)展趨勢

第一，新材料+綠色經(jīng)濟。全球新材料行業(yè)趨于綠色低碳化，與環(huán)境的兼容性也日趨增強，以期形成綠色可持續(xù)發(fā)展之態(tài)勢。材料的生態(tài)環(huán)境化是材料及其產(chǎn)業(yè)在資源和環(huán)境問題制約下，滿足經(jīng)濟可承受性，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。生態(tài)環(huán)境材料的性能具備優(yōu)異并節(jié)省資源、減少污染和再生利用，實現(xiàn)資源、材料的有機統(tǒng)一和優(yōu)化配置，達到資源的高度綜合利用，以獲得最大的資源效益和環(huán)境效益。

第二，新材料全產(chǎn)業(yè)鏈布局的區(qū)域集聚態(tài)勢明顯。新材料產(chǎn)業(yè)正向著多樣化、功能集成、結構微型、模塊集成、數(shù)字智能等方向并行發(fā)展，為提高新材料的綜合研發(fā)能力，全球多個國家已經(jīng)通過法律法規(guī)來促進新材料的發(fā)展。

而我國的新材料產(chǎn)業(yè)區(qū)域特色逐步顯現(xiàn)，區(qū)域集聚態(tài)勢明顯，初步形成“東部沿海集聚，中西部特色發(fā)展”的空間格局。長三角已形成包括航空航天、新能源、電子信息、新型化工等領域的新材料產(chǎn)業(yè)集群。珠三角新材料產(chǎn)業(yè)集中度高，已形成較為完整產(chǎn)業(yè)鏈，在膜材料、硅材料、高技術陶瓷等新材料領域取得顯著成效。

第三，經(jīng)濟全球化也對各國的軍事經(jīng)濟產(chǎn)生直接影響。21世紀以來，新材料支撐重大應用示范工程的作用日益顯現(xiàn)，為我國能源、資源環(huán)境、信息領域的發(fā)展提供了重要的技術支撐，是建設重大工程、鞏固國防軍工的重要保障。

4、引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術

顛覆性技術最早是由美國哈佛商學院的克萊頓克里斯滕森教授提出的，指的是對某個領域或行業(yè)產(chǎn)生顛覆性效果的技術，往往具有強大的變革性，會重構應用領域的體系和秩序。比如：

三、我國新材料產(chǎn)業(yè)市場現(xiàn)狀及存在問題

1、關注“十二五”以來我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗

（1）核心技術的自主創(chuàng)新

我國高新技術的發(fā)展促使了技術向生產(chǎn)力轉化的速度，同時對關鍵的基礎材料提出了新的挑戰(zhàn)和需求，使得新材料的創(chuàng)新能力不斷增強，核心技術不斷取得突破。比如原為進口產(chǎn)品壟斷市場的中高端生物醫(yī)用材料產(chǎn)品，近年來都逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，如心血管支架國產(chǎn)化率已達80%以上，骨創(chuàng)傷生物醫(yī)用材料及器械70%以上實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

為推動我國材料領域科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，國家制定《國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《中國制造2025》等政策發(fā)展性文件來為新材料產(chǎn)業(yè)“保駕護航”。

（2）圍繞國家重大工程需求發(fā)展

材料產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，具有舉足輕重的地位。其發(fā)展為我國能源、資源環(huán)境、信息領域的經(jīng)濟社會發(fā)展提供了重要的技術支撐和物資保障。如東海防空識別區(qū)的設立，南海石油的開采，以及國防安全、海洋開發(fā)、航空航天、先進軌道交通、核電和平利用等大型工程的建設都需要高溫合金、高性能碳纖維等核心關鍵材料。

（3）適應經(jīng)濟社會發(fā)展，壯大產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢

隨著國家經(jīng)濟社會由高速轉向高質量發(fā)展，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起，重大和高端裝備用鋼鐵材料、新一代的信息技術、生物醫(yī)藥、新能源等重點產(chǎn)業(yè)及其新業(yè)態(tài)加速成長壯大，部分領域產(chǎn)業(yè)規(guī)模都位居世界前列。

（4）依據(jù)地區(qū)優(yōu)勢形成區(qū)域發(fā)展特色

近些年，國家相關部門為提高材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，在原有地域空間上進行資源整合，積極推動產(chǎn)業(yè)基地建設，材料產(chǎn)業(yè)的區(qū)域特色逐步顯現(xiàn)，形成了長三角、珠三角、環(huán)渤海地區(qū)三大石油化工基地和上海、南京、寧波、惠州、天津等具有國際水平的工業(yè)化園區(qū)，鋼鐵材料方面形成了東北、華北、華東、華中、西南等區(qū)域發(fā)展的格局。另外環(huán)渤海、長三角、珠三角地區(qū)依托自身的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、人才優(yōu)勢、技術優(yōu)勢形成了較為完整的新材料產(chǎn)業(yè)體系。

2、我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

改革開放以來，我國新材料產(chǎn)業(yè)取得了長足的進步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，產(chǎn)業(yè)技術水平不斷提升，在個別領域已經(jīng)處于國際領先水平，產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)加快布局，宏觀發(fā)展環(huán)境積極改善，為下一步加快發(fā)展奠定了堅實基礎。新材料已成為我國“工業(yè)強基”的四大支柱之一，同時，“中國制造2025”也亟需大量新材料。

總體來說，我國新材料產(chǎn)業(yè)與世界先進水平相比仍有較大差距，為“超歐趕美”，需解決我們自身發(fā)展過程中還存在的突出矛盾和問題，解決制約新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸�，F(xiàn)如今，我國新材料產(chǎn)業(yè)主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）頂層設計和統(tǒng)籌協(xié)調不夠，存在低水平重復建設現(xiàn)象

從目前國內各地區(qū)發(fā)布的新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來看，新材料布局頂層設計不足，沒有立足于自身條件和優(yōu)勢進行合理定位和差異化分工，存在著嚴重的趨同現(xiàn)象。一些產(chǎn)業(yè)已出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈上游的產(chǎn)品無法在下游使用，致使上游產(chǎn)能過剩、下游市場有效供給不足的現(xiàn)象。此外，盲目跟風式投入依然沒有得到有效遏制，其結果不僅會造成重復建設和產(chǎn)能過剩，還會影響到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性。

（2）原始創(chuàng)新能力不足，高端產(chǎn)品自給率不高

我國新材料原始創(chuàng)新能力不足，缺乏不同學科之間的深層次交流和原創(chuàng)性的理論研究。企業(yè)作為創(chuàng)新主體，參與創(chuàng)新研發(fā)少、生產(chǎn)跟蹤仿制多，普遍存在關鍵技術自給率低、發(fā)明專利少、關鍵元器件和核心部件受制于人。產(chǎn)業(yè)共性關鍵技術是提高自主創(chuàng)新能力的基礎。目前我國大多數(shù)行業(yè)沒有專門的產(chǎn)業(yè)共性技術研發(fā)機構，共性技術研發(fā)處于缺位狀態(tài)；由于缺乏良好的資源配置機制和持續(xù)有效的投入，因而無法在技術源頭上支撐自主創(chuàng)新。此外，我國新材料沒有形成大批具有自主知識產(chǎn)權的材料牌號與體系；通用基礎原材料的國家及行業(yè)標準、統(tǒng)一的設計規(guī)范和材料工藝質量控制規(guī)范尚不完善；缺少符合行業(yè)標準的新材料結構設計—制造—評價共享數(shù)據(jù)庫，基礎支撐體系缺位。多數(shù)企業(yè)仍在“引進—加工生產(chǎn)—再引進—再加工生產(chǎn)”的怪圈里掙扎，使得“中國制造”產(chǎn)品中缺乏“中國創(chuàng)造”元素，只能依靠廉價銷售與低層次競爭尋找出路，這在很大程度上制約了新材料產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

（3）共性技術研發(fā)與支撐能力不強，基礎支撐體系不健全

產(chǎn)業(yè)共性關鍵技術是提高自主創(chuàng)新能力的基礎。第一，目前我國大多數(shù)行業(yè)沒有專門的產(chǎn)業(yè)共性技術研發(fā)機構，共性和前沿技術研發(fā)缺乏良好的資源配置機制與持續(xù)有效的投入，因而無法在技術源頭上支撐自主創(chuàng)新；第二，目前我國新材料沒有形成大批具有自主知識產(chǎn)權的材料牌號和體系，缺乏符合行業(yè)標準的新材料結構設計/制造/評價共享數(shù)據(jù)庫。

（4）新材料投資比較分散，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完整

目前，我國部分新材料領域的產(chǎn)業(yè)結構不夠合理，新材料產(chǎn)業(yè)投資支持的是一些“點”，尚未形成以點帶線、以線帶面的聯(lián)動效應。國家更愿意把扶持資金投入到國有企業(yè)和科研院所，對民營企業(yè)雖然從政策上鼓勵參與競爭，但從操作層面上看，民營企業(yè)進入國家大型項目壁壘重重。此外，作為發(fā)展主體的新材料企業(yè)普遍規(guī)模較小，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，投資分散，成果轉化率低，產(chǎn)業(yè)鏈不夠完整。有些行業(yè)的新材料企業(yè)大多集中在中下游環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)配套能力不強。

（5）政策及保障機制難以適應新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求

新材料產(chǎn)業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)和重點領域存在著“老辦法管新事物”的現(xiàn)象，創(chuàng)新產(chǎn)品進入市場困難。行政審批周期長（如醫(yī)療產(chǎn)品）阻礙了企業(yè)創(chuàng)新的積極性。對于開發(fā)風險較大的項目，缺少資金保障機制的支持。市場的準入機制也存在一定的缺陷。此外，新材料產(chǎn)業(yè)服務平臺尚未建立，風險投資、中介服務不能滿足企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求。新材料成果轉化和工程化過程需要大量投入，但面向工程化服務的多元化投融資體系和中介服務體系尚不完善，制約了新材料創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）

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