全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)

李強(qiáng) 周少雄 曾宏

新材料技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)并稱為21世紀(jì)支柱性高新技術(shù)，國際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，世界各國競(jìng)相將發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)列為國際戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的重要組成部分。

全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地區(qū)差異日益明顯。2010年全球新材料市場(chǎng)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(shì)。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)展的持續(xù)推進(jìn)，新材料的需求將更加旺盛，新材料的產(chǎn)品、技術(shù)、模式不斷更新迭代，市場(chǎng)更加廣闊，產(chǎn)業(yè)繼續(xù)快速增長。

全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的地區(qū)差距日益明顯。長期以來，新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新主體是美國、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，其擁有絕大部分大型跨國公司，在經(jīng)濟(jì)實(shí)力、核心技術(shù)、研發(fā)能力、市場(chǎng)占有率等多方面占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占據(jù)全球市場(chǎng)的壟斷地位。其中，全面領(lǐng)跑的國家是美國，日本的優(yōu)勢(shì)在納米材料、電子信息材料等領(lǐng)域，歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學(xué)與光電材料等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。中國、韓國、俄羅斯緊隨其后，目前屬于全球第二梯隊(duì)。中國在半導(dǎo)體照明、稀土永磁材料、人工晶體材料，韓國在顯示材料、存儲(chǔ)材料，俄羅斯在航空航天材料等方面具有比較優(yōu)勢(shì)。除巴西、印度等少數(shù)國家之外，大多數(shù)發(fā)展中國家的新材料產(chǎn)業(yè)相對(duì)比較落后。從新材料市場(chǎng)來看，北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場(chǎng)，且市場(chǎng)已經(jīng)比較成熟，而在亞太地區(qū)，尤其是中國，新材料市場(chǎng)正處在一個(gè)快速發(fā)展的階段。從宏觀層面看，全球新材料市場(chǎng)的重心正逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移。伴隨新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)大變革的來臨，全球技術(shù)要素和市場(chǎng)要素配置方式將發(fā)生深刻變化，地區(qū)差異將會(huì)進(jìn)一步加劇。

近15年來，世界各國的新材料產(chǎn)業(yè)快速擴(kuò)張、高速增長，并呈現(xiàn)出專業(yè)化、復(fù)合化、精細(xì)化、智能化、綠色化特征。受全球經(jīng)濟(jì)疲軟影響，中國新材料產(chǎn)業(yè)增速有所放緩，但仍保持增長態(tài)勢(shì)，2017年中國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 3.1 萬億元人民幣，產(chǎn)生了若干創(chuàng)新能力強(qiáng)、具有核心競(jìng)爭(zhēng)力、新材料銷售收入超過百億元的綜合性龍頭企業(yè)，培育了一批新材料銷售收入超過10億元人民幣的專業(yè)型骨干企業(yè)，建成了一批主業(yè)突出、產(chǎn)業(yè)配套齊全、年產(chǎn)值超過300億元人民幣的新材料產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和特色產(chǎn)業(yè)集群。

2.向集約化、集群化發(fā)展，高端材料壟斷加劇。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加快，集約化、集群化和高效化成為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出特點(diǎn)，中國新材料產(chǎn)業(yè)也正朝著這一趨勢(shì)邁進(jìn)。新材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)橫向、縱向擴(kuò)展，上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)系也越來越緊密，產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，多學(xué)科、多部門聯(lián)合進(jìn)一步加強(qiáng)，形成了新的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟，有利于產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用拓展的融合，但是也形成了寡頭壟斷。一些世界著名的材料企業(yè)紛紛結(jié)成戰(zhàn)略伙伴開展全球化合作，通過并購、重組及產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈構(gòu)建，整體上把控著全球新材料產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)格局。比如，世界新材料主要生產(chǎn)商美國鋁業(yè)、杜邦、拜耳、GE塑料、陶氏化學(xué)、日本帝人、日本TORAY、韓國LG等大型跨國公司，加速對(duì)全球新材料產(chǎn)業(yè)的壟斷，并在高技術(shù)含量、高附加值的新材料產(chǎn)品市場(chǎng)中保持主導(dǎo)地位。

3.交叉融合創(chuàng)新加速，研發(fā)模式加快轉(zhuǎn)變?；A(chǔ)學(xué)科突破、多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合快速推進(jìn)了新材料的創(chuàng)制、新功能的發(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)材料性能的提升，新材料研發(fā)日益依賴多專業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。值得注意的是，針對(duì)現(xiàn)有研發(fā)思路和方法的局限性（性能、周期、資源），以高通量計(jì)算、高通量制備、高通量表征、數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)等技術(shù)為支撐，立足把握材料成分-原子排列-顯微組織-材料性能-環(huán)境參數(shù)-使用壽命之間關(guān)系的材料基因組工程快速發(fā)展，將推動(dòng)新材料的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用發(fā)生重大變革，使新材料研發(fā)周期和研發(fā)成本大幅度縮減，并將加快探索發(fā)現(xiàn)前沿材料、實(shí)現(xiàn)材料新功能，加速新材料的創(chuàng)新過程。

4.全生命周期綠色化，資源能源高效利用。世界各國都積極將新材料的發(fā)展與綠色發(fā)展緊密結(jié)合，高度重視新材料與資源、環(huán)境和能源的協(xié)調(diào)發(fā)展，大力推進(jìn)與綠色發(fā)展密切相關(guān)的新材料開發(fā)與應(yīng)用。如：歐洲首倡材料全生命周期技術(shù)，對(duì)鋼鐵、有色、水泥等大宗基礎(chǔ)材料的單產(chǎn)能耗、環(huán)境載荷要求降低20%以上；對(duì)新能源材料、環(huán)保節(jié)能材料等的研發(fā)生產(chǎn)，高度重視從生產(chǎn)到使用全生命周期的低消耗、低成本、少污染和綜合利用等。

世界主要國家和地區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策

鑒于材料的戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性作用，新材料技術(shù)成為各國競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一。為此，全球主要國家均制定了相應(yīng)的新材料發(fā)展戰(zhàn)略和研究計(jì)劃。

1.美國——國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略規(guī)劃、材料基因組計(jì)劃等。美國處于世界科技的領(lǐng)先地位得益于對(duì)新材料研究的長期重視和持續(xù)支持。長久以來，美國科研的主導(dǎo)方向是為國防領(lǐng)域服務(wù)，所以材料研究與開發(fā)主要集中在國防和核能領(lǐng)域，這使得美國航空航天、計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)等行業(yè)的相關(guān)材料應(yīng)用得到迅速發(fā)展。1991年，美國提出了通過改進(jìn)材料制造方法、提高材料性能來達(dá)到提高國民生活質(zhì)量、加強(qiáng)國家安全、提高工業(yè)生產(chǎn)率、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的目的。自此美國科技政策向軍民結(jié)合調(diào)整。在已發(fā)表的第一份美國國家關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告中，美國就將新材料列為所提出的對(duì)國家經(jīng)濟(jì)繁榮和國家安全至關(guān)重要的6個(gè)領(lǐng)域之首。從克林頓、小布什到奧巴馬政府，美國都將新材料發(fā)展置于國家戰(zhàn)略高度。

美國能源部為了推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，于2010年12月發(fā)布了《關(guān)鍵材料戰(zhàn)略》，以解決因產(chǎn)地、供應(yīng)鏈脆弱以及缺乏合適的替代材料等原因?qū)е碌陌踩珕栴}。2011年12月，又發(fā)布了該戰(zhàn)略的修訂升級(jí)版——《2011關(guān)鍵材料戰(zhàn)略》，重點(diǎn)支持風(fēng)輪機(jī)、電動(dòng)汽車、太陽能電池、能效照明等清潔能源技術(shù)中用到的稀土及其他關(guān)鍵材料。

2011年6月，美國宣布了一項(xiàng)超過5億美元的“制造業(yè)伙伴關(guān)系”計(jì)劃，其中就包含了材料基因組計(jì)劃，目標(biāo)是使美國企業(yè)發(fā)現(xiàn)、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用先進(jìn)材料的速度提高到目前的兩倍。

2012年2月，美國發(fā)布了“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”，創(chuàng)建包括先進(jìn)材料在內(nèi)的4個(gè)領(lǐng)域的聯(lián)邦政府投資組合，以促進(jìn)先進(jìn)材料的發(fā)展。同時(shí)，還發(fā)布了“國家納米計(jì)劃”，確定了納米材料、納米制造等8個(gè)主要支持領(lǐng)域。

2014年，美國發(fā)布材料基因組計(jì)劃戰(zhàn)略規(guī)劃，主要包括生物材料、催化劑、光電材料、儲(chǔ)能系統(tǒng)、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、有機(jī)電子材料等9個(gè)領(lǐng)域63個(gè)方向。

2016年，美國發(fā)布了《國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略規(guī)劃》，組建了輕質(zhì)現(xiàn)代金屬制造創(chuàng)新研究所、復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所等，重點(diǎn)發(fā)展先進(jìn)合金、新興半導(dǎo)體、碳纖維復(fù)合材料等重點(diǎn)材料領(lǐng)域。

2.歐盟——地平線2020計(jì)劃、歐洲冶金計(jì)劃等。為搶占未來的新興市場(chǎng)，歐盟委員會(huì)于2009年9月公布了《為我們的未來做準(zhǔn)備：發(fā)展歐洲關(guān)鍵使能技術(shù)總策略》的文件，將納米科技、微（納）米電子與半導(dǎo)體、光電、生物科技及先進(jìn)材料等5項(xiàng)科技認(rèn)定為關(guān)鍵使能技術(shù)（KETs）。歐盟委員會(huì)指出，KETs的技術(shù)外溢效應(yīng)及其所產(chǎn)生的加成效果，可以同時(shí)提升通信技術(shù)、鋼鐵、醫(yī)療器材、汽車及航天等領(lǐng)域的發(fā)展，因此對(duì)歐盟地區(qū)未來的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著重大影響。

歐盟委員會(huì)于2011年11月公布了為期7年、耗資800億歐元的“地平線2020”（Horizon 2020）規(guī)劃提案，提出專項(xiàng)支持信息通信技術(shù)、納米技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、先進(jìn)材料、先進(jìn)制造工藝、生物技術(shù)、空間技術(shù)以及這些技術(shù)的交叉研究。

2011年，歐盟以高性能合金材料需求為牽引，啟動(dòng)了歐盟第七框架計(jì)劃下的“加速冶金學(xué)（ACCMET）”項(xiàng)目。2012年，歐洲科學(xué)基金會(huì)又推出總投資超過20億歐元的“2012-2022年歐洲冶金復(fù)興計(jì)劃”，對(duì)數(shù)以萬計(jì)的合金成分進(jìn)行自動(dòng)化篩選、優(yōu)化和數(shù)據(jù)積累，以加速發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用高性能合金及新一代先進(jìn)材料。

2013年開始，歐盟在“地平線2020計(jì)劃”中推進(jìn)了“新材料發(fā)現(xiàn)（NoMaD）”項(xiàng)目，現(xiàn)已建成NoMaD數(shù)據(jù)庫，以托管、組織和共享材料數(shù)據(jù)。

2014年，歐盟提出石墨烯旗艦計(jì)劃，投資10億歐元支持石墨烯制備、應(yīng)用等13個(gè)方向，推出“納米科學(xué)、納米技術(shù)/材料與新制造技術(shù)”（NMP）項(xiàng)目以及“研究網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃”，加速高性能合金及新一代材料的研發(fā)。

3.德國——工業(yè)4.0。2012年6月，德國啟動(dòng)實(shí)施了《納米材料安全性》長期研究項(xiàng)目，以了解各類納米材料可能對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，通過定量化方法對(duì)納米材料進(jìn)行安全性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2012年11月，德國啟動(dòng)“原材料經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略”科研項(xiàng)目，目的在于開發(fā)能夠高效利用并回收原材料的特殊工藝，加強(qiáng)稀土、銦、鎵、鉑族金屬等的回收利用。

德國為鼓勵(lì)各種社會(huì)力量參與新材料研發(fā)，先后頒布實(shí)行了“材料研究MatFo” （1984-1993年）、“材料技術(shù)MaTech” （截至2003年）和“為工業(yè)和社會(huì)而進(jìn)行材料創(chuàng)新WING” （始于2004年）3個(gè)規(guī)劃。WING規(guī)劃強(qiáng)調(diào)密切關(guān)注材料的可制造性，致力于協(xié)調(diào)各部門間的高水平材料研究。

2013年4月，德國頒布了《關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》白皮書。之后德國將工業(yè)4.0項(xiàng)目納入了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》的10個(gè)未來項(xiàng)目中，推動(dòng)以智能制造、互聯(lián)網(wǎng)、新能源、新材料、現(xiàn)代生物為特征的新工業(yè)革命。德國企業(yè)界普遍認(rèn)為，確保和擴(kuò)大在材料研發(fā)方面的領(lǐng)先地位是其在國際競(jìng)爭(zhēng)中取得成功的關(guān)鍵。

2016年3月，德國發(fā)布了《數(shù)字戰(zhàn)略2025》 （Digital Strategy 2025），確定了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步驟及具體實(shí)施措施，其中重點(diǎn)支柱項(xiàng)目包括工業(yè)3D打印等。

4.日本——第五期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃。日本1994年將其一貫奉行的“科技立國”調(diào)整為“科技創(chuàng)新立國”，1996年起實(shí)施首個(gè)“科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃”，在第四期“科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃”（2011-2015年）中，特別強(qiáng)調(diào)材料等高新技術(shù)在國家發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位，確定了新材料產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。

日本先后推出了“材料整合（Materials Integration）”項(xiàng)目、“信息統(tǒng)合型物質(zhì)材料開發(fā)”項(xiàng)目（MI2I：“Materials Research by Information Integration”Initiative）以及“超高端材料/超高速開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)項(xiàng)目”。

日本先后啟動(dòng)了“元素戰(zhàn)略研究（2007年）”、“元素戰(zhàn)略研究基地（2012年）”、“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室構(gòu)筑支援事業(yè)之信息統(tǒng)合型物質(zhì)材料開發(fā)（2015年）”等計(jì)劃，融合了物質(zhì)材料科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的新型材料開發(fā)方法，進(jìn)行龐大的數(shù)據(jù)庫積累和大數(shù)據(jù)解析，相關(guān)數(shù)據(jù)庫主要包括日本無機(jī)材料數(shù)據(jù)庫、日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）的物質(zhì)材料數(shù)據(jù)庫、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的材料數(shù)據(jù)庫等。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在2015年公布了《2015年版制造白皮書》，其中3D打印是其大力發(fā)展的項(xiàng)目。

5.韓國——未來增長動(dòng)力計(jì)劃。2012年6月，韓國知識(shí)經(jīng)濟(jì)部和教育科學(xué)技術(shù)部表示，到2020年將投入5130億韓元（約合人民幣28.2億元）推動(dòng)“納米融合2020項(xiàng)目”。

2013年7月，韓國政府發(fā)布《第三次科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃》，提出將在5個(gè)領(lǐng)域推進(jìn)120項(xiàng)國家戰(zhàn)略技術(shù)（含30項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)）的開發(fā)，其中30項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)包括先進(jìn)技術(shù)材料、知識(shí)信息安全技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)等。韓國的未來增長動(dòng)力計(jì)劃，集中支持新一代半導(dǎo)體、納米彈性元件、生態(tài)材料、生物材料、高性能結(jié)構(gòu)材料等。

韓國政府在2014年制定了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃，并加強(qiáng)了技術(shù)開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人才培養(yǎng)、法律制度完善等基本產(chǎn)業(yè)環(huán)境的建設(shè)。2016年，在原有政策與推進(jìn)工作基礎(chǔ)上，為提高韓國產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，韓國制定了《韓國3D打印產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃（2017-2019年）》，其目標(biāo)是在2019年使韓國成為3D打印技術(shù)的全球領(lǐng)先國家。

6.俄羅斯——2030年前材料與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。俄羅斯也始終把新材料相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略和國家經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。2012年4月發(fā)布的《2030年前材料與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略》將18個(gè)重點(diǎn)材料戰(zhàn)略列為發(fā)展方向，其中包括智能材料、金屬間化合物、納米材料及涂層、單晶耐熱超級(jí)合金、含鈮復(fù)合材料等，同時(shí)還制定了新材料產(chǎn)業(yè)主要應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略。

俄羅斯科學(xué)院于2015年發(fā)布《至2030年科技發(fā)展預(yù)測(cè)》，內(nèi)容主要包括7個(gè)科技優(yōu)先發(fā)展方向，即信息通信技術(shù)、生物技術(shù)、醫(yī)療與保障、新材料與納米技術(shù)、自然資源合理利用、交通運(yùn)輸與航天系統(tǒng)、能效與節(jié)能等。

可以看到，世界主要國家和地區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策，在突出各自特色、優(yōu)勢(shì)發(fā)展領(lǐng)域的同時(shí)，均強(qiáng)調(diào)了三方面的共性重點(diǎn)。一是高度重視技術(shù)研發(fā)。美國“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”將加大研發(fā)投資力度作為重要目標(biāo)，通過加強(qiáng)并永久化研究以及試驗(yàn)稅收減免來激勵(lì)研發(fā)；德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略尤其重視制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，研究智能化生產(chǎn)過程、整合物流資源、借助網(wǎng)絡(luò)提升資源供應(yīng)方的效率，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)間價(jià)值鏈的橫向集成、網(wǎng)絡(luò)化制造體系的縱向集成。二是高度重視人才培養(yǎng)。日本政府推出的“重振制造業(yè)”措施中提到，要大量培養(yǎng)制造業(yè)人才，政府出資將具有特殊技術(shù)的人才作為專家，培訓(xùn)一線技術(shù)人員和制造工人，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)訣竅和傳統(tǒng)制造技藝的傳承；歐盟“地平線2020計(jì)劃”也強(qiáng)調(diào)了對(duì)創(chuàng)新培訓(xùn)領(lǐng)域的發(fā)展計(jì)劃；美國“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”的重要目標(biāo)之一就是提高勞動(dòng)力的技能，并由此提出及時(shí)更新制造業(yè)勞動(dòng)力、強(qiáng)化先進(jìn)制造業(yè)工人培訓(xùn)、為未來工人提供職業(yè)教育、支持新型制造業(yè)學(xué)徒計(jì)劃等具體措施。三是高度重視合作融合。日本政府成立“不同行業(yè)交流合作會(huì)議”，推動(dòng)不同制造業(yè)行業(yè)的相互滲透融合，進(jìn)而創(chuàng)造新的市場(chǎng)和領(lǐng)域；美國“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”提出建立健全伙伴關(guān)系，鼓勵(lì)中小企業(yè)參與，通過支持跨部門伙伴關(guān)系增強(qiáng)“產(chǎn)業(yè)公地”，并通過創(chuàng)建區(qū)域集群來協(xié)調(diào)戰(zhàn)略規(guī)劃和集群內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)。

（作者單位為中國材料研究學(xué)會(huì)）