
在當(dāng)代科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中,新材料占據(jù)著舉足輕重的關(guān)鍵地位,已然成為推動(dòng)各領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的核心要素,新材料作為新出現(xiàn)或經(jīng)過改進(jìn),具備優(yōu)異性能和特殊功能的材料,正廣泛且深入地融入眾多產(chǎn)業(yè)。
一、新材料行業(yè)概述?
1、新材料的定義與分類?
新材料是指新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的、具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料,或是通過新技術(shù)、新工藝對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行改進(jìn),使其性能顯著提升或具備新功能的材料。新材料與傳統(tǒng)材料并非涇渭分明,許多新材料是在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上,經(jīng)成分優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、工藝革新等發(fā)展而來 。比如,傳統(tǒng)鋼鐵通過添加特殊合金元素、采用先進(jìn)熱處理工藝,可制成高強(qiáng)度、耐腐蝕的新型鋼鐵材料,用于高端裝備制造。從化學(xué)成分角度,新材料可分為金屬新材料、無機(jī)非金屬新材料、有機(jī)高分子新材料和復(fù)合材料四大類。金屬新材料中,高性能鋁合金憑借密度低、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域,如飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼大量使用鋁合金材料以減輕重量、提高燃油效率;鈦合金具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕和高強(qiáng)度特性,常用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件、醫(yī)療器械等制造。無機(jī)非金屬新材料方面,高性能陶瓷具備高硬度、耐高溫、耐磨、絕緣等性能,在電子、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,像電子陶瓷用于制造電子元器件,結(jié)構(gòu)陶瓷用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件;半導(dǎo)體材料是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心,硅材料是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料,推動(dòng)了集成電路的發(fā)展,而以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料,具有寬禁帶、高擊穿電場、高電子遷移率等特性,在 5G 通信、新能源汽車、電力電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。?
有機(jī)高分子新材料中,高性能塑料如聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)等,具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性,廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾、電子電器外殼等制造;高性能纖維如碳纖維,具有高強(qiáng)度、高模量、低密度等特點(diǎn),是航空航天、體育器材等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料,在飛機(jī)制造中,碳纖維復(fù)合材料可大幅減輕機(jī)身重量,提升飛行性能;橡膠材料中,特種橡膠如丁腈橡膠、氟橡膠等,具有特殊的耐油、耐酸堿、耐高溫等性能,常用于汽車密封件、航空航天密封材料等制造。復(fù)合材料則是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過物理或化學(xué)方法復(fù)合而成,綜合了各組成材料的優(yōu)點(diǎn)。如碳纖維復(fù)合材料,由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合而成,具有高強(qiáng)度、低密度、高模量等優(yōu)異性能,在航空航天領(lǐng)域,用于制造飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等部件;玻璃纖維復(fù)合材料,以玻璃纖維為增強(qiáng)體,與樹脂等基體復(fù)合,廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、船舶等領(lǐng)域,如建筑中的玻璃鋼門窗、汽車的保險(xiǎn)杠等。?
按材料的功能特性,可分為結(jié)構(gòu)新材料和功能新材料。結(jié)構(gòu)新材料主要利用材料的力學(xué)性能,具備高比強(qiáng)度、高比剛度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等性能,用于構(gòu)建承受載荷的結(jié)構(gòu)部件,如上述的高性能鋁合金、鈦合金、碳纖維復(fù)合材料等在航空航天和汽車結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用。功能新材料則側(cè)重于利用材料的電、磁、光、熱、聲等特性及其相互轉(zhuǎn)換功能,來實(shí)現(xiàn)特定功能。例如,半導(dǎo)體材料利用其獨(dú)特的電學(xué)性能,用于制造芯片、晶體管等電子器件,是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基石;磁性材料包括軟磁材料和硬磁材料,軟磁材料如硅鋼片、鐵氧體等,用于制造變壓器、電機(jī)鐵芯等,硬磁材料如釹鐵硼永磁材料,用于制造永磁電機(jī)、揚(yáng)聲器等;光學(xué)材料如光學(xué)玻璃、光纖等,在光通信、光學(xué)儀器等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用,光纖以其低損耗、高帶寬的特性,成為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的重要傳輸介質(zhì)。?
從應(yīng)用領(lǐng)域劃分,新材料涵蓋電子信息材料、新能源材料、航空航天材料、生物醫(yī)用材料、汽車工業(yè)材料等。在電子信息領(lǐng)域,除半導(dǎo)體材料外,顯示材料如液晶材料、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)材料等,推動(dòng)了顯示技術(shù)的發(fā)展,使顯示屏更加輕薄、高清、節(jié)能;在新能源領(lǐng)域,太陽能電池材料如單晶硅、多晶硅、鈣鈦礦等,致力于提高光電轉(zhuǎn)換效率,降低成本,促進(jìn)太陽能的廣泛應(yīng)用;鋰離子電池材料如正極材料(磷酸鐵鋰、三元材料等)、負(fù)極材料(石墨、硅基材料等)、電解液等,是實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)能和電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵,廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、移動(dòng)電子設(shè)備等;航空航天領(lǐng)域,除上述提到的高性能鋁合金、鈦合金、碳纖維復(fù)合材料外,還包括高溫合金,用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件,其具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗熱疲勞性能;生物醫(yī)用材料用于制造醫(yī)療器械、人造器官、藥物載體等,要求具有良好的生物相容性、生物可降解性和力學(xué)性能,如醫(yī)用不銹鋼、鈦合金用于制造人工關(guān)節(jié)、接骨板等;聚乳酸(PLA)等生物可降解高分子材料用于制造可吸收縫合線、組織工程支架等;汽車工業(yè)中,輕量化材料如鋁合金、鎂合金、高強(qiáng)度鋼、碳纖維復(fù)合材料等,可降低車身重量,提高燃油經(jīng)濟(jì)性;同時(shí),高性能橡膠用于制造輪胎,要求具備良好的耐磨性、抓地力和抗老化性能。?
2、新材料產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)?
根據(jù)北京研精畢智信息咨詢發(fā)布的調(diào)研報(bào)告指出,新材料產(chǎn)業(yè)鏈呈現(xiàn)出清晰且復(fù)雜的結(jié)構(gòu),涵蓋上游原料供應(yīng)、中游材料制備與加工以及下游應(yīng)用領(lǐng)域三大關(guān)鍵環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)相互依存、相互影響,共同推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。?
產(chǎn)業(yè)鏈上游主要涉及各類基礎(chǔ)原材料的供應(yīng)。對(duì)于金屬新材料而言,其原材料包括鐵礦石、鋁土礦、鈦礦等金屬礦產(chǎn)資源。例如,生產(chǎn)高性能鋁合金需要鋁土礦作為基礎(chǔ)原料,通過一系列的采礦、選礦、冶煉等工藝,將鋁土礦轉(zhuǎn)化為純鋁,再添加其他合金元素,如銅、鎂、鋅等,以獲得具有特定性能的鋁合金材料。在無機(jī)非金屬新材料方面,硅砂是制備半導(dǎo)體材料硅片的重要原料,通過對(duì)硅砂進(jìn)行提純、熔煉、拉晶等工藝,制成高純度的單晶硅或多晶硅,為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)材料。有機(jī)高分子新材料的上游原料則主要來源于石油、天然氣等化石資源,經(jīng)過一系列的化學(xué)加工過程,生產(chǎn)出各種有機(jī)單體,如乙烯、丙烯、苯乙烯等,這些單體再通過聚合反應(yīng)制成高分子聚合物,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。復(fù)合材料的上游原料更為多樣化,包括增強(qiáng)體材料(如碳纖維、玻璃纖維等)和基體材料(如樹脂、金屬、陶瓷等),碳纖維的生產(chǎn)需要以聚丙烯腈(PAN)纖維、瀝青纖維等為前驅(qū)體,經(jīng)過預(yù)氧化、碳化、石墨化等復(fù)雜工藝制成。?
中游環(huán)節(jié)是新材料的核心制造階段,涉及將上游原材料轉(zhuǎn)化為具有特定性能和形態(tài)的新材料產(chǎn)品。這一環(huán)節(jié)需要大量的研發(fā)投入和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),以實(shí)現(xiàn)材料性能的優(yōu)化和創(chuàng)新。在金屬新材料制備中,通過鑄造、鍛造、軋制、粉末冶金等加工工藝,將金屬材料制成各種形狀和規(guī)格的產(chǎn)品,如板材、管材、棒材、鍛件等,滿足不同下游行業(yè)的需求。例如,航空航天用的鈦合金鍛件,需要采用先進(jìn)的等溫鍛造工藝,精確控制鍛造溫度、壓力和變形速率,以獲得高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品。無機(jī)非金屬新材料的制備過程同樣復(fù)雜,如高性能陶瓷的制備,需要經(jīng)過原料配制、成型、燒結(jié)等工序,通過控制燒結(jié)溫度、氣氛等條件,改善陶瓷的組織結(jié)構(gòu)和性能。有機(jī)高分子新材料的加工則主要采用注塑、擠出、吹塑等成型工藝,將高分子聚合物制成塑料制品、橡膠制品、纖維制品等,如注塑工藝可將塑料顆粒加工成各種形狀的塑料零部件,廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電等行業(yè)。復(fù)合材料的制備過程涉及將增強(qiáng)體材料與基體材料進(jìn)行復(fù)合,常見的方法有手糊成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型等,根據(jù)不同的產(chǎn)品需求和工藝要求選擇合適的復(fù)合方法,如在制造航空航天用的碳纖維復(fù)合材料部件時(shí),常采用真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)工藝,以確保復(fù)合材料的質(zhì)量和性能。?
下游應(yīng)用領(lǐng)域是新材料實(shí)現(xiàn)價(jià)值的關(guān)鍵環(huán)節(jié),新材料廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,推動(dòng)了各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)。在電子信息領(lǐng)域,半導(dǎo)體材料是集成電路、芯片制造的核心材料,隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)半導(dǎo)體材料的性能要求不斷提高,如更高的電子遷移率、更低的功耗等,促使半導(dǎo)體材料不斷創(chuàng)新和升級(jí)。同時(shí),新型顯示材料如 OLED 材料、量子點(diǎn)材料等,為顯示技術(shù)帶來了革命性的變化,使顯示屏更加輕薄、高分辨率、高對(duì)比度,滿足了消費(fèi)者對(duì)電子產(chǎn)品顯示效果的追求。在新能源領(lǐng)域,新材料的應(yīng)用至關(guān)重要,太陽能電池材料的發(fā)展提高了太陽能的轉(zhuǎn)換效率,降低了成本,促進(jìn)了太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;鋰離子電池材料的不斷創(chuàng)新,使得電池的能量密度、充放電性能、安全性等得到顯著提升,推動(dòng)了電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。航空航天領(lǐng)域?qū)π虏牧系男阅芤髽O高,高性能鋁合金、鈦合金、碳纖維復(fù)合材料等的應(yīng)用,減輕了飛行器的重量,提高了飛行性能和安全性,促進(jìn)了航空航天技術(shù)的進(jìn)步。生物醫(yī)用領(lǐng)域,生物醫(yī)用材料的應(yīng)用為疾病治療和健康保障提供了重要支持,如人工關(guān)節(jié)、心臟支架等醫(yī)療器械的制造,需要使用具有良好生物相容性和力學(xué)性能的材料,以確保植入人體后的安全性和有效性。汽車工業(yè)中,輕量化材料的應(yīng)用降低了汽車的重量,提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航里程,同時(shí)高性能材料的使用提高了汽車的安全性和舒適性。建筑領(lǐng)域,新型建筑材料如保溫隔熱材料、防水密封材料、環(huán)保裝飾材料等的應(yīng)用,提高了建筑物的節(jié)能性、舒適性和環(huán)保性。?
新材料產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間存在著緊密的聯(lián)系和互動(dòng)。上游原材料的供應(yīng)穩(wěn)定性和質(zhì)量直接影響中游材料制備企業(yè)的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量,原材料價(jià)格的波動(dòng)也會(huì)對(duì)中游企業(yè)的成本和利潤產(chǎn)生重要影響。中游材料制備企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品性能提升,為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供了更多選擇和更好的解決方案,推動(dòng)了下游行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí);同時(shí),下游行業(yè)對(duì)新材料的需求變化和性能要求,也反饋到中游企業(yè),促使其不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新,以滿足市場需求。例如,隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)鋰離子電池材料的能量密度、安全性和成本提出了更高要求,這促使中游材料制備企業(yè)加大研發(fā)投入,開發(fā)新型的正極材料、負(fù)極材料和電解液,以提升電池性能和降低成本。這種上下游之間的相互作用和協(xié)同發(fā)展,推動(dòng)了新材料產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步和壯大。?
3、新材料行業(yè)的特點(diǎn)與重要性?
新材料行業(yè)具有諸多顯著特點(diǎn),這些特點(diǎn)使其在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系中占據(jù)獨(dú)特且重要的地位。?
技術(shù)密集是新材料行業(yè)的突出特點(diǎn)之一。新材料的研發(fā)涉及多學(xué)科交叉融合,如物理、化學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子工程等。以半導(dǎo)體材料研發(fā)為例,需要深入研究材料的晶體結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能、光學(xué)性能等物理特性,運(yùn)用化學(xué)合成和提純技術(shù)制備高純度材料,借助材料科學(xué)知識(shí)優(yōu)化材料的微觀結(jié)構(gòu),利用機(jī)械工程和電子工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)材料的加工和應(yīng)用。研發(fā)過程中需投入大量專業(yè)人才和先進(jìn)科研設(shè)備,進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,不斷探索新材料的合成方法、性能優(yōu)化和應(yīng)用領(lǐng)域拓展。像新型超導(dǎo)材料的研發(fā),需要凝聚態(tài)物理、低溫物理、材料合成等多領(lǐng)域?qū)<夜餐献鳎孟冗M(jìn)的低溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備和計(jì)算模擬技術(shù),研究材料在極低溫度下的超導(dǎo)特性和微觀機(jī)制。?
新材料行業(yè)研發(fā)周期長。從最初的材料構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)室研究,到中試放大、工業(yè)化生產(chǎn),再到市場推廣和應(yīng)用,往往需要經(jīng)歷數(shù)年甚至數(shù)十年時(shí)間。例如,碳纖維的研發(fā)從 20 世紀(jì) 50 年代開始,經(jīng)過長期的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān),才在 80 年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),隨后又不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和性能提升,逐步拓展應(yīng)用領(lǐng)域。在研發(fā)過程中,每一個(gè)階段都面臨諸多技術(shù)難題和不確定性,需要大量資金和時(shí)間投入,不斷進(jìn)行試驗(yàn)和優(yōu)化。如高性能工程塑料的研發(fā),從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到合成工藝開發(fā),再到材料性能測試和應(yīng)用驗(yàn)證,整個(gè)過程可能需要 5 - 10 年時(shí)間,期間還可能因技術(shù)瓶頸、市場需求變化等因素導(dǎo)致研發(fā)周期延長。?
高附加值是新材料的重要特征。由于新材料具有優(yōu)異性能和特殊功能,能夠滿足高端領(lǐng)域和新興產(chǎn)業(yè)的需求,因此其產(chǎn)品附加值較高。例如,航空航天用的高溫合金,由于其具備在高溫、高壓、高應(yīng)力等極端條件下保持良好力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性的特性,生產(chǎn)工藝復(fù)雜,技術(shù)門檻高,價(jià)格昂貴,其附加值遠(yuǎn)高于普通鋼鐵材料。又如,用于半導(dǎo)體芯片制造的光刻膠,是集成電路制造過程中的關(guān)鍵材料,對(duì)精度和純度要求極高,生產(chǎn)技術(shù)被少數(shù)國際企業(yè)壟斷,產(chǎn)品附加值極高。新材料的高附加值不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品本身價(jià)格上,還在于其應(yīng)用能夠提升下游產(chǎn)品的性能和市場競爭力,創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益。如新能源汽車使用高性能鋰離子電池材料,可提高續(xù)航里程和充電速度,提升整車性能和市場售價(jià),為汽車制造商帶來更高利潤。?
新材料行業(yè)還具有很強(qiáng)的帶動(dòng)性。新材料作為基礎(chǔ)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè),其發(fā)展能夠帶動(dòng)上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。上游原材料開采、加工產(chǎn)業(yè),因新材料需求增長而獲得發(fā)展機(jī)遇,如稀土永磁材料發(fā)展帶動(dòng)稀土礦開采和分離產(chǎn)業(yè)發(fā)展;中游新材料制備和加工產(chǎn)業(yè),通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級(jí),為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供多樣化材料選擇;下游電子、能源、航空航天、汽車等產(chǎn)業(yè),因新材料應(yīng)用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能提升和技術(shù)創(chuàng)新,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和發(fā)展。例如,碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,帶動(dòng)了碳纖維生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展,也促進(jìn)了航空航天零部件制造、飛行器設(shè)計(jì)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)大。?
新材料行業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面,新材料是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)增長的重要引擎。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)通過應(yīng)用新材料,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能提升、生產(chǎn)效率提高和成本降低,增強(qiáng)市場競爭力。如鋼鐵行業(yè)采用先進(jìn)的微合金化技術(shù)和軋制工藝,生產(chǎn)高強(qiáng)度、耐腐蝕鋼材,拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,提高經(jīng)濟(jì)效益。新材料還催生新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,創(chuàng)造新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),如新能源材料推動(dòng)太陽能、風(fēng)能、電動(dòng)汽車等新能源產(chǎn)業(yè)崛起,成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)力。?
從科技創(chuàng)新角度,新材料是科技創(chuàng)新的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要支撐。許多前沿科技領(lǐng)域的突破依賴于新材料研發(fā)創(chuàng)新,如量子通信需要具備特殊光學(xué)和電學(xué)性能的材料實(shí)現(xiàn)量子比特和量子信道功能;人工智能領(lǐng)域的高性能計(jì)算芯片需要新型半導(dǎo)體材料提高運(yùn)算速度和降低功耗;生物技術(shù)中的基因編輯、藥物輸送等技術(shù),離不開生物相容性好、可精準(zhǔn)傳遞的新材料。新材料研發(fā)創(chuàng)新推動(dòng)各領(lǐng)域科技進(jìn)步,促進(jìn)多學(xué)科交叉融合,孕育新科技成果和產(chǎn)業(yè)變革。?
在國家安全方面,新材料是國防現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵保障。先進(jìn)的航空航天材料、高性能武器裝備材料、隱身材料等,對(duì)于提升國防實(shí)力和保障國家安全至關(guān)重要。例如,航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金、飛機(jī)結(jié)構(gòu)用碳纖維復(fù)合材料等,能夠提高飛行器性能和作戰(zhàn)能力;隱身材料應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、艦艇等裝備,可降低被探測概率,增強(qiáng)作戰(zhàn)隱蔽性和生存能力。新材料技術(shù)的自主可控,對(duì)于維護(hù)國家主權(quán)和安全具有重要戰(zhàn)略意義。?
二、新材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀?
1、全球新材料市場規(guī)模與增長趨勢?
近年來,全球新材料市場規(guī)模呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的態(tài)勢。根據(jù)研精畢智信息咨詢發(fā)布的市場分析報(bào)告進(jìn)行統(tǒng)計(jì),2010 年全球新材料市場規(guī)模超過 4000 億美元,到 2016 年已經(jīng)接近 2.15 萬億美元,平均每年以 10% 以上的速度增長。盡管 2012 年以來全球經(jīng)濟(jì)仍未擺脫低迷,但新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展并未受到明顯影響,保持穩(wěn)中有升的持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。到 2021 年,全球化工新材料市場規(guī)模更是增長至約 3.5 萬億元,展現(xiàn)出強(qiáng)大的市場活力和發(fā)展?jié)摿Α?
從區(qū)域分布來看,全球新材料市場存在著較為明顯的地區(qū)差異。北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場,且市場已經(jīng)比較成熟。美國憑借其強(qiáng)大的科研實(shí)力、完善的產(chǎn)業(yè)體系以及豐富的資金投入,在新材料領(lǐng)域占據(jù)著領(lǐng)先地位,尤其在高端材料和創(chuàng)新技術(shù)方面優(yōu)勢顯著。美國在航空航天材料、電子信息材料等領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用處于世界前沿,眾多知名企業(yè)如杜邦、陶氏化學(xué)等在全球新材料市場中具有重要影響力。歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學(xué)與光電材料等方面具有明顯優(yōu)勢,德國的化工新材料產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá),巴斯夫等企業(yè)在全球化工新材料領(lǐng)域占據(jù)重要地位;法國在先進(jìn)復(fù)合材料、納米材料等方面也有突出的研究成果和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。?
而在亞太地區(qū),尤其是中國,新材料市場正處在一個(gè)快速發(fā)展的階段。中國憑借龐大的市場需求、不斷提升的科研實(shí)力以及國家政策的大力支持,成為全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。在半導(dǎo)體照明、稀土永磁材料、人工晶體材料等領(lǐng)域,中國已形成獨(dú)特優(yōu)勢,部分產(chǎn)品的產(chǎn)量和技術(shù)水平位居世界前列。中國在新能源材料領(lǐng)域發(fā)展迅速,鋰電池材料、光伏材料等的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平在全球具有重要地位,寧德時(shí)代等企業(yè)在鋰電池材料及電池制造方面取得了顯著成就。韓國在顯示材料、存儲(chǔ)材料等方面具有較強(qiáng)競爭力,三星、LG 化學(xué)等企業(yè)在全球電子材料市場占據(jù)重要份額。?
隨著全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速壯大和制造業(yè)的不斷升級(jí),以及可持續(xù)發(fā)展理念的持續(xù)推進(jìn),新材料的需求將更加旺盛。預(yù)計(jì)未來,全球新材料市場將繼續(xù)保持增長態(tài)勢。新興技術(shù)如人工智能、量子計(jì)算、生物技術(shù)等的發(fā)展,將對(duì)新材料提出更高的性能要求和多樣化的需求,推動(dòng)新材料的研發(fā)和創(chuàng)新。例如,人工智能領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算芯片的需求,將促使半導(dǎo)體材料向更高性能、更低功耗方向發(fā)展;量子計(jì)算需要具備特殊量子特性的材料,為新材料研發(fā)開辟新的方向。新能源、環(huán)保等領(lǐng)域的發(fā)展也將為新材料帶來廣闊的市場空間,新能源汽車對(duì)輕量化材料、高性能電池材料的需求,以及環(huán)保產(chǎn)業(yè)對(duì)可降解材料、高效污染治理材料的需求,都將推動(dòng)新材料市場的進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到 2025 年,全球新材料市場的規(guī)模將超過 10 萬億美元,到 2029 年,全球化工新材料市場規(guī)模將超過 8000 億美元。?
2、主要國家和地區(qū)的新材料產(chǎn)業(yè)布局?
美國在新材料領(lǐng)域一直保持著領(lǐng)先地位,其產(chǎn)業(yè)布局全面且深入,涵蓋多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。在政策支持方面,美國出臺(tái)了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃和政策措施,為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。例如,美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略規(guī)劃,旨在通過構(gòu)建創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò),整合產(chǎn)業(yè)、學(xué)術(shù)和政府資源,加速新材料技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程;材料基因組計(jì)劃則致力于利用大數(shù)據(jù)、高通量實(shí)驗(yàn)等技術(shù),縮短新材料研發(fā)周期,提高研發(fā)效率,降低研發(fā)成本。在研發(fā)重點(diǎn)上,美國聚焦多個(gè)前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域。在半導(dǎo)體及其他電子材料領(lǐng)域,持續(xù)投入研發(fā)資源,推動(dòng)芯片制造技術(shù)向更高精度、更低功耗方向發(fā)展,保持在集成電路領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位;在航空航天材料方面,重點(diǎn)研發(fā)高性能、輕量化的復(fù)合材料和高溫合金,以滿足航空航天飛行器對(duì)材料性能的嚴(yán)苛要求,提升飛行器的性能和安全性;在能源材料領(lǐng)域,加大對(duì)新能源材料如太陽能電池材料、儲(chǔ)能材料的研發(fā)投入,促進(jìn)能源的高效轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。美國還高度重視基礎(chǔ)研究,不斷加強(qiáng)科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),吸引全球優(yōu)秀人才,為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的智力支持。?
歐盟將新材料列為關(guān)鍵使能技術(shù)之一,期望在材料科學(xué)與工程的多個(gè)研究方向成為國際領(lǐng)導(dǎo)者。在戰(zhàn)略布局上,通過實(shí)施 “地平線歐洲” 框架計(jì)劃,重點(diǎn)關(guān)注石墨烯、綠色與可持續(xù)材料和工業(yè)材料等的研發(fā),助力數(shù)字與綠色轉(zhuǎn)型。2022 年 12 月,歐洲材料聯(lián)盟組織發(fā)布《材料 2030 路線圖》,提出推動(dòng)材料開發(fā)數(shù)字化,加速材料設(shè)計(jì)與開發(fā);加強(qiáng)新材料加工和放大的支撐活動(dòng)等行動(dòng)建議。路線圖圍繞九大類材料創(chuàng)新市場,包括健康與醫(yī)療材料、可持續(xù)建筑材料、新能源材料等,詳細(xì)闡述了面臨的研發(fā)挑戰(zhàn)與優(yōu)先事項(xiàng)以及預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。歐盟在材料研發(fā)方面注重產(chǎn)學(xué)研合作,整合高校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的資源,形成協(xié)同創(chuàng)新的良好局面。在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域,歐盟的研發(fā)和應(yīng)用處于世界先進(jìn)水平,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等高端裝備領(lǐng)域,提升產(chǎn)品的性能和競爭力。?
日本向來重視新材料技術(shù)開發(fā),研發(fā)注重實(shí)用性,并強(qiáng)調(diào)材料與環(huán)境、資源與能源等的協(xié)調(diào)發(fā)展。在產(chǎn)業(yè)布局上,重點(diǎn)發(fā)展市場潛力巨大和附加值高的新材料方向,如納米材料、電子信息材料等。日本在納米材料領(lǐng)域取得了眾多研究成果,在納米材料的制備、性能調(diào)控和應(yīng)用方面具有先進(jìn)技術(shù),其納米材料在電子器件、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;在電子信息材料方面,日本的半導(dǎo)體材料、顯示材料等技術(shù)先進(jìn),產(chǎn)品質(zhì)量高,索尼、松下等企業(yè)在電子信息材料和產(chǎn)品制造方面具有強(qiáng)大的競爭力。日本企業(yè)注重技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品質(zhì)量,通過持續(xù)的研發(fā)投入和精細(xì)化管理,在新材料產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位。同時(shí),日本政府積極推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作,加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù),為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)I造良好的政策環(huán)境。?
中國新材料產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速,在國家政策的大力支持下,產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,技術(shù)水平逐步提升。國家層面先后出臺(tái)了《中國制造 2025》《“十三五” 國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等一系列政策文件,將新材料產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)推進(jìn)。地方政府也紛紛出臺(tái)相關(guān)政策,推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級(jí)和集聚發(fā)展。在研發(fā)投入上,中國不斷加大對(duì)新材料領(lǐng)域的資金支持,鼓勵(lì)企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)開展產(chǎn)學(xué)研合作,突破關(guān)鍵核心技術(shù)。在產(chǎn)業(yè)布局上,中國形成了多個(gè)新材料產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和特色產(chǎn)業(yè)集群,如長三角、珠三角、京津冀等地,在高性能纖維及復(fù)合材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料、新能源材料等領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。中國在鋰電池材料、光伏材料等新能源材料領(lǐng)域已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位,在 5G 通信材料、第三代半導(dǎo)體材料等新興領(lǐng)域也在加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,努力縮小與發(fā)達(dá)國家的差距,提升在全球新材料產(chǎn)業(yè)中的競爭力。?
3、中國新材料行業(yè)的發(fā)展成就與挑戰(zhàn)?
中國新材料行業(yè)在近年來取得了顯著成就,在研發(fā)方面,不斷加大投入,創(chuàng)新能力逐步提升,在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得了重要技術(shù)突破。在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域,我國在全球范圍內(nèi)首次將該材料應(yīng)用于商業(yè)化運(yùn)營地鐵列車的關(guān)鍵承載部件,標(biāo)志著車輛主承載結(jié)構(gòu)從金屬材料向碳纖維復(fù)合材料的革新性轉(zhuǎn)變,將引領(lǐng)我國地鐵列車輕量化技術(shù)邁向全新高度;在高溫超導(dǎo)材料方面,我國取得重要突破,部分技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,世界首條 35 千伏公里級(jí)超導(dǎo)電纜已連續(xù)穩(wěn)定供電超過 1000 天,展示了高溫超導(dǎo)材料在電力傳輸領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景;在稀土功能材料領(lǐng)域,我國在稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土發(fā)光材料等領(lǐng)域研發(fā)應(yīng)用取得重要進(jìn)展,高性能釹鐵硼永磁材料在新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。?
從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來看,中國新材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。研究報(bào)告顯示,2022 年中國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約 6.8 萬億元,較 2012 年增長近 6 倍 ,2024 年,我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值預(yù)計(jì)超過 8 萬億元,連續(xù) 14 年保持兩位數(shù)快速增長,成為穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長的重要支撐,已成為全球最大的新材料生產(chǎn)國和消費(fèi)國之一。在產(chǎn)業(yè)布局上,形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈,涵蓋上游原材料供應(yīng)、中游材料制備與加工以及下游應(yīng)用領(lǐng)域,并在多個(gè)地區(qū)形成了產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng),如長三角、珠三角、京津冀等地,培育了一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有核心競爭力的企業(yè),中材科技、金發(fā)科技、萬華化學(xué)等在新材料領(lǐng)域占據(jù)重要地位。?
在應(yīng)用領(lǐng)域拓展方面,新材料在航空航天、新能源、生物醫(yī)藥等高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化。在航空航天領(lǐng)域,國產(chǎn)大飛機(jī) C919 大量采用了先進(jìn)的復(fù)合材料和鈦合金等新材料,提升了飛機(jī)的性能和安全性;在新能源領(lǐng)域,新材料的應(yīng)用推動(dòng)了太陽能、風(fēng)能、電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,我國在鋰電池材料、光伏材料等方面的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模處于世界領(lǐng)先地位;在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,生物醫(yī)用材料的研發(fā)和應(yīng)用取得進(jìn)展,用于制造人工關(guān)節(jié)、心臟支架等醫(yī)療器械,為疾病治療和健康保障提供了重要支持。?
然而,中國新材料行業(yè)也面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)瓶頸方面,雖然在一些領(lǐng)域取得了突破,但在高端材料和關(guān)鍵核心技術(shù)上仍與發(fā)達(dá)國家存在差距。在高端半導(dǎo)體材料領(lǐng)域,如用于先進(jìn)制程芯片制造的光刻膠、大尺寸硅片等,我國仍依賴進(jìn)口,技術(shù)和生產(chǎn)能力有待提升;在高性能碳纖維、高溫合金等材料方面,產(chǎn)品質(zhì)量和性能穩(wěn)定性與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距,制約了其在高端裝備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。?
產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理也是一個(gè)突出問題。我國新材料產(chǎn)業(yè)中,中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩,市場競爭激烈,利潤空間有限;而高端產(chǎn)品供應(yīng)不足,無法滿足國內(nèi)高端制造業(yè)快速發(fā)展的需求,對(duì)外依存度較高。在工程塑料領(lǐng)域,通用工程塑料產(chǎn)能過剩,而特種工程塑料的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平較低,大量依賴進(jìn)口。這種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理的狀況,不利于我國新材料產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。?
此外,中國新材料行業(yè)還面臨著高端人才短缺的問題。新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要大量跨學(xué)科、高素質(zhì)的專業(yè)人才,但目前我國在這方面的人才儲(chǔ)備相對(duì)不足,人才培養(yǎng)體系有待完善,人才激勵(lì)機(jī)制不夠健全,導(dǎo)致高端人才流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重,制約了產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展和技術(shù)升級(jí)。同時(shí),國際競爭日益激烈,隨著全球新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,我國新材料產(chǎn)業(yè)面臨著來自發(fā)達(dá)國家的巨大壓力和挑戰(zhàn),在技術(shù)、市場、品牌等方面需要不斷提升競爭力,以應(yīng)對(duì)國際競爭的嚴(yán)峻形勢。
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