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中国新材料产业发展现状 精选

已有 6225 次阅读 2015-6-19 08:41 |个人分类:科学书摘|系统分类:观点评述

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,也是人类社会发展的先导。新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料以及传统材料成分、工艺改进后性能明显提高或具有新功能的材料。

进入21世纪以来,国际金融危机影响深远,气候变化更加突出,世界范围内以知识技术密集、绿色低碳增长为主要特征的新兴产业逐渐崛起,新材料作为引导性新兴产业正成为未来经济社会发展的重要力量。

世界各国对新材料产业的关注与重视达到了一个新的高度,纷纷对新材料领域制定了相应的规划,在研发、市场、产业环境等不同层面出台政策,全面加强政策扶持力度,推动新材料产业发展。迄今为止,20多个发达国家和新兴国家已制定了与新材料相关的新兴产业发展战略,启动了100余项专门计划。

经过多年的努力,我国新材料产业从无到有,得到了国家的高度重视,出台了一系列政策,实现了快速发展,已经具备了相当的实力和优势,为促进我国材料产业升级换代、加快经济发展方式转变、提升国防军工实力及实现节能环保目标等做出了重大贡献。

新材料产业规模不断扩大

2010 年我国新材料产业规模超过6 500 亿元,2011 年超过8 000 亿元,2012 年据初步估算已超过10 000 亿元。稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产业产能居世界前列。例如,稀土磁性材料、稀土发光材料、稀土储氢材料等稀土功能材料的产量约占世界总产量的80%,位居全球之首,基本形成了以稀土功能材料和应用为龙头的稀土产业格局;2011 年半导体硅材料达到46 亿元,约占全球份额的7%,相比2010 年增长21%;半导体照明产业初步形成了从上游外延材料生长与芯片制造、中游器件封装及下游集成应用的比较完整的研发与产业体系,其中,封装技术取得显著进展,我国已成为全球重要的LED 器件封装基地,2013 年产值超过400 亿元。

新材料研究水平进一步提高

在国家大力支持和材料科技工作者的不懈努力下,我国新材料研究水平不断提高,许多重要新材料的技术指标得到大幅提升。人工晶体材料经过多年的发展,BaB2O4(BBO,即偏硼酸钡)和LiB3O5(LBO,即硼酸锂)等紫外非线性光学晶体研究居国际领先水平并实现了商品化,KBe2BO3F2(KBBF,即氟硼铍酸钾)是国际上唯一可实用的深紫外非线性光学晶体,掺钕钒酸钇(Nd:YAG)、掺钕钆镓石榴石(Nd:GGG)和Nd:YVO4等激光晶体主要技术指标达到国际先进水平,利用晶体实现了千瓦级全固态激光输出。掌握了具有自主知识产权的300毫米硅抛光片和外延片的工程化技术,并成功拉制出直径450毫米的硅单晶。完成了传统型16×16bit MRAM1器件的制备和演示工作,在国际上首次设计和制备出以外直径为100纳米的环状磁性隧道结为存储单元的,采用自旋极化电流直接驱动的新型4×4 bit Nanoring MRAM(即纳米环磁随机存取存储器)原理型演示器件。2011年实现对位芳纶系列产品的工业化生产,打破了美国、日本等少数发达国家的技术封锁。研制出强度大于800兆帕的快速凝固喷射沉积铝合金和新一代高强高韧高淬透性铝合金材料,综合性能达到国际先进水平;开发出具有自主知识产权的铜带、铜管拉铸技术及铜铝复合技术。亚微米级超细晶硬质合金整体刀具的性能达到世界先进水平。Ti-60高温合金与美国的Ti-1100和英国的IMI834合金性能相当。完成了GQ4522型高强碳纤维工程化技术攻关,研制出GZ5530型高强中模和QM4045型高强高模碳纤维。发现了第一个铁基空穴型超导体La1-xSrxFeAsO,并利用高压技术在ReFeAsO1-xFx 中发现了50开尔文以上的超导电性,发现了不含As 的铁基超导体。

新材料产业区域特色明显

近年来,国家相关部门为提高新材料产业发展水平,积极推动新材料产业基地建设,新材料产业基于区域基础与特色,在原有地域空间上进行资源整合,呈现聚集发展的良好态势,区域特色逐步显现国内已形成多个新材料产业城市集聚群,骨干企业和新材料产业基地主要分布在高端人才集中、科研基础雄厚、经济发达的东部地区,如北京、上海、天津、河北、山东、江苏等省市,以及资源优势明显的中西部地区,如内蒙古、四川、陕西、湖北等,且分布具有明显的地域特征,已初步形成“东部沿海集聚,中西部特色发展”的空间格局。例如,环渤海、长三角、珠三角地区依托自身的产业优势、人才优势、技术优势,形成了较为完整的新材料产业体系,中西部地区则基于原有产业基础或资源优势,发展本地区的新材料产业,具有代表性的有内蒙古的稀土新材料、云南和贵州的稀贵金属新材料、广西的有色金属新材料等,宁波的钕铁硼(NdFeB)永磁材料,广州、天津、青岛等地的化工新材料产业基地,重庆、西安、甘肃金昌、湖南长株潭、陕西宝鸡、山东威海及山西太原等地的航空航天材料、能源材料及重大装备材料的主要基地,江苏徐州、河南洛阳、江苏连云港、四川乐山等地的硅材料产业等。

新材料产业的环境友好及节能减排特性不断改善

为积极应对资源枯竭和环境恶化带来的压力,新材料产业逐步改变高投入、高消耗、高污染、低效益的材料开发传统模式,提高新材料产业的资源能源利用效率、降低制造过程中的环境污染;同时大力开发节能环保新材料,调整传统产品结构,绿色生态材料的开发与应用力度不断加大。

金属结构材料作为量大面广、关键支撑作用不可替代的新材料在节能减排方面发挥着积极作用。加强高强度、高韧性、长寿命的钢铁材料的研究与开发,使其进一步减轻汽车等交通工具的自身重量,降低能耗及有害气体排放。开发高性能不锈钢等绿色环保型材料,推动环保事业的发展;开发高品质电工钢,大幅度降低铁损及能耗,成为真正的节能减排、环境友好型的材料。铝、钛、镁等轻质结构材料的使用和推广对能源、资源、环境的作用日益突出,自主研制的新型阴极结构高效节能铝电解槽,大幅度降低了电解铝的能耗,为节约能源做出了突出贡献;研制的具有自主知识产权的短流程、高效、清洁的金属材料先进制备、成型与加工技术,大大降低了过程能源消耗,提高了资源利用率。实现了碳纤维复合材料在航空领域的应用,有效减轻了装备重量,降低了油耗和排放,节约了运营成本。LED产品的节能效果显著,以100流明/瓦的光效(目前我国的产业化较好水平)计算,比白炽灯节电85%;以150流明/瓦的光效(2015年我国预计达到的工程化水平)计算,比白炽灯节电90%。掌握了离线镀膜技术制备节能玻璃的产业化生产技术,2012年总产量为1.4亿平方米,为我国2020年实现建筑节能65%的目标奠定了坚实的基础。形成了完整的太阳能电池产业链,应用规模不断扩大,小功率镍氢电池和锂离子电池已经实现了产业化,质子膜燃料电池已经实现了示范应用,金属氢化物和化学氢化物等储氢材料的研发取得了一系列突破,对我国优化能源结构和环境改善具有重大意义。

新材料产业与经济社会的结合日益紧密

新材料产业的持续进步,为我国能源、资源环境、信息领域的经济社会的发展提供了重要的技术支撑和物资保障。镍氢动力电池、锂离子动力电池和燃料电池(fuel cell,FC) 等新能源材料的技术进步,促进了电动车的发展,产品在北京奥运会、上海世界博览会和“十城千辆”等电动汽车示范运行中得到应用,为发展新型能源、减少环境污染起到了良好的示范作用。膜材料在我国海水淡化方面已经获得应用,初步具备了反渗透海水淡化的生产能力,使海水淡化成为我国沿海地区供水安全保障体系的重要组成部分。微电子材料的技术进步有力支撑了国内集成电路和信息产业的高速发展,对我国逐渐发展为世界微电子产业中心起到了推动作用,目前我国集成电路市场占世界市场的份额呈现加速增长的趋势。激光晶体和非线性激光晶体等光电子材料的技术进步,推动了我国全固态激光材料、器件和应用研究的发展,并在激光显示领域呈现发展潜力。以有色金属结构材料、难熔金属、高温合金和碳纤维及其复合材料为代表的高性能结构材料是国民经济发展的重要基石,也是当今高技术发展不可缺少的关键材料,在保障国家经济建设、国防安全及社会发展方面发挥着重要的支撑作用,尤其对高速铁路、大飞机、载人航天和探月工程等重大工程的顺利实施做出了贡献。

人民生活与健康对新材料的需求增加

随着人口老龄化,自然灾害、运动和交通事故等因素导致的中青年创伤的增加,以及重大疾病患者的激增,民生对生物医用材料的需求日益增强。十余年来,我国生物医用材料市场以高达30%左右的复合增长率持续增长,远高于国际市场的15%,2012年销售额已达120多亿美元,占同期国际市场的6.5%左右,预计未来几年复合增长率可保持在25%左右。截至2012年6月,全国生物医用材料生产企业有2000多家,主要集聚在长三角、珠三角、环渤海湾以及新形成的成渝地区,产品已覆盖国际市场的大部分品类,虽然生产企业的90%以上为中小企业,但大型龙头企业已开始萌生,行业的技术层次亦有大幅度提高,冠脉支架和骨创伤修复器械已基本实现国产化。生产及售后监管工作亦逐步完善,并与国际接轨,国家食品药品监督管理总局(China Foodand Drug Administration,CFDA)已相继建立13个与生物材料(biomaterials)相关的技术标准化委员会,制定和修订了一批国家和行业标准。

经过多年的努力,我国新材料产业发展取得了举世瞩目的成就,产业技术水平日益提高,产业规模不断扩大,具有自主创新能力的新材料产业体系正在形成,为我国以信息、生物、新能源、轨道交通、航空航天等为代表的高技术产业突破技术瓶颈、实现历史性的跨越发展提供了强有力的支撑。但总体上来看,我国还不是材料强国,新材料产业的核心竞争力仍需加强,以企业为主体的自主创新体系亟待完善,部分核心关键材料受制于人、高端材料对外依赖程度仍然较高等不利现状依然存在。因此,抓紧机遇,合理规划,实现我国新材料产业的变革和提升势在必行,这对加快我国经济发展方式转变、提升国防军工实力、实现节能环保目标具有重要的战略意义。

本文由安静摘编自战略性新兴产业培育与发展研究丛书之屠海令等著《新材料产业培育与发展研究报告》。

新材料产业培育与发展研究报告是中国工程院重大咨询项目“战略性新兴产业培育与发展”子课题“新材料产业培育与发展”的研究成果。全书在剖析新材料产业发展的国内外发展特点以及关键新材料领域发展现状的基础上,论述了新材料产业面临的主要问题,提出了中国新材料产业未来一段时期的发展方向、发展目标、发展重点和政策建议有助于读者了解中国新材料产业发展的现状和走向,可作为战略性新兴产业研究的重要参考资料,也可供各级领导干部、有关决策部门和产业界及社会公众参考。


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