發展篇

第一章 全球新材料產業發展回顧

第一節 全球新材料產業發展情況

一、全球新材料產業發展現狀

（一）產業規模逐步擴大，地區差異逐漸明顯

總體來看，全球新材料市場規模不斷壯大。2004年全球新材料市場規模約為0.3萬億美元，2020年達到約3.1萬億美元。2020年增速近10%，個別年份增速超過30%。隨著新一代信息技術的快速發展、制造業需求的不斷擴大，新材料市場將持續增長，由新材料帶動的新產品、新技術的市場規模將擴大[1]（見圖1-1）。

不同國家和地區間新材料產業差距較大。長期以來，歐、美、日等發達經濟體占據全球新材料產業發展的領先地位，憑借大型跨國公司在新材料核心技術、研發能力等方面占據的絕對優勢，形成了全球新材料市場的壟斷地位。其次是韓國、俄羅斯，屬于第二梯隊。發展中國家除巴西、中國、印度等少數國家之外，新材料產業總體比較落后。目前，北美和歐洲是全球最大的新材料市場，且相對比較成熟，亞太地區尤其是中國的新材料市場正處于快速增長期，全球新材料市場的重心逐步向亞太地區轉移。隨著以新一代信息技術、3D打印、新能源、智能制造等新一輪科技革命和產業革命的快速發展，全球技術要素和市場要素配置方式將發生革命性變化，為新材料產業發展注入新的活力。

（二）產業一體化發展進程加快加劇，集約化、集群化趨勢明顯

新材料產業上下游之間融合速度加快。新材料產業結構橫向擴散，新材料與基礎材料結合更加緊密。例如，鋼鐵、化工、有色金屬等基礎材料企業通過技術創新、產品性能優化和升級換代向新材料領域拓展，成為全球著名新材料企業。新材料產業上下游垂直擴散，形成完整的產業鏈。例如，隨著器件微型化、集成化發展，新材料技術與器件一體化趨勢日益明顯，新材料產業與上下游產業之間、材料開發與裝備之間相互合作與融合更加緊密，材料利用效率大幅提高，研發與市場風險有所降低，各種應用需求逐漸被滿足，形成了上下游緊密聯系的產業鏈和產業生態系統。

隨著全球經濟一體化發展，新材料產業呈現集約化、集群化和高效化發展態勢。目前，全球形成了以拜耳、杜邦、陶氏化學、GE塑料、日本帝人、韓國LG等為代表的大型跨國新材料企業，占據高端新材料產品市場。依托這些企業和其在全球各地的生產基地，形成了若干有影響力的新材料產業集聚區。此外，新材料產業橫向、縱向擴展，上下游產業進一步整合，產業鏈逐漸完善，多學科交叉融合進一步增強，上下游聯合進行產品開發與應用的要求越來越強烈，新材料上下游產業逐漸集群化發展，形成大型產業基地。

（三）交叉融合創新加速和研發模式不斷轉變，創新成果轉化速度加快

現代科技高速發展趨勢和可持續發展要求不斷推動新材料技術發展，新材料創新速度加快，新材料開發與應用規模逐步擴大。從鐵器時代到鋼時代、硅時代，新技術、新材料的研發與應用速度逐漸縮短。特別是到了碳時代，隨著超級計算機、大數據、人工智能、量子計算等信息技術的快速發展，新材料研發過程發生轉變。材料基因組、量子化學等方法為新材料研發提供海量結構化數據，人工智能技術從海量數據中迅速找到因果關系。這些技術的應用，使得新材料的研發周期大幅縮短，制備成本顯著下降[2]。

為推進新材料研究成果的推廣和應用，提高研發的投資效益，加速新材料產業以及下游產業鏈協同發展，世界各國紛紛將加速新材料研究成果轉化和產業化列為扶植新材料產業發展的政策重點之一。美國技術轉讓條例規定，國家實驗室可以用自己的研究經費與工業界合作開展新材料研發工作。加拿大的工業研究援助計劃承諾，國家實驗室開發的新材料技術轉讓給工業界的部分費用可以由其負擔。此外，很多國家積極建立和完善新材料產業基礎設施，建立新材料知識庫、數據庫和系統網絡，推動新材料研發成果向生產力轉化。

（四）跨國企業占據主導地位，中小企業構成創新主體

美、日、歐盟等發達國家和地區長期以來形成了一些大型跨國公司，對新材料產業發展起著重要推動作用。這些企業規模大、研發能力強、研究成果轉化快、產業鏈完善，通過戰略聯盟、大量的研發投入、產業技術及市場標準制定并控制知識產權等方式，在全球新材料發展中形成壟斷地位。如美國赫氏、德國西格里、日本三菱三家企業占據了全球大絲束碳纖維市場份額的98%左右；日本信越化學（Shin-Etsu Chemical）、日本勝高（SUMCO）、中國臺灣環球晶圓、德國世創電子（Silitronic AG）、韓國SK Siltron五家企業占全球12寸晶圓產量的90%以上；美國尤尼明（Unimin）幾乎壟斷著國際市場上4N8及以上高端石英砂產品；美鋁、德鋁、法鋁等在高強高韌鋁合金材料的研發和生產領域處于世界主導地位。

中小企業是創新主體，在技術創新中具有獨特優勢。從國內外經驗來看，由于中小企業的技術創新大都是由市場需求推動，且中小企業機制靈活，所以中小企業技術創新成功率和市場轉化率較高。在美國，50%～60%的科技進步由中小企業完成，超過80%的新開發技術由中小企業投入生產；在我國，65%的國內發明專利由中小企業申請，80%的新產品由中小企業創造。我國有大量中小新材料企業，在電子信息材料、3D打印材料、石墨烯、生物材料等領域技術創新優勢突出，成為推動新材料技術創新的主要力量。

二、全球新材料產業發展特點

（一）政府在材料的基礎研究與應用中起到關鍵作用

新材料是材料工業發展的先導，對于保障國家重大工程建設和國防安全，帶動傳統產業轉型升級，構建國際競爭新優勢具有重要的戰略意義。因此，各國都高度重視新材料產業發展，重點加強基礎研究，支持高起點、高水準的基礎理論研究。各國根據自己的特點及優勢，制訂相關新材料計劃，從軟件和硬件兩個方面保證新材料研發和應用的高效運作。例如，美國的《關鍵材料戰略》《材料基因組計劃》《先進制造業國家戰略計劃》；日本的《新增長戰略》《信息技術發展計劃》；歐盟則重點支持光電材料、納米材料、超導材料、生物醫學材料、復合材料、磁性材料以及催化材料的發展，并保持領先地位。巴西、印度、俄羅斯等也積極搶占新材料發展先機，在新能源材料、節能環保材料、醫療和健康材料、納米材料、生物材料、信息材料等新材料領域制訂專門計劃。

（二）新技術對新材料產業推動作用加快

最初，新材料發展的驅動力主要來自國防和戰爭的需求、核能利用和航空航天技術的發展。后來，科學技術的快速進步，能源、健康、信息、交通和環保等產業的迅速發展，以及智能社會的發展都對新材料提出了巨大需求。特別是大數據、云計算、物聯網、增材制造等具有革命性意義的技術的應用，極大地提高了新材料的研發和生產效率，縮短了研發和生產周期，降低了成本，提高了產品性能的穩定性和一致性，推動了新材料產業的快速發展。

（三）功能材料、智能材料成為發展主流

隨著大數據、云計算、物聯網、人工智能、5G等新技術的發展，以及與之相關的無人駕駛汽車、無人機等新產品的發展，信息材料、生物材料、結構/功能一體化材料、智能材料等發展加速，成為新材料發展的主流方向。例如，為提升材料性能，功能材料向微型化、多功能化、模塊集成化、智能化等方向發展；納米材料與先進制造技術融合，開發出體積更小、集成度更高、智能化更高、性能更優異的產品。

（四）綠色、低碳發展備受關注

資源環境和人類健康問題一直是困擾全世界發展的難題。新材料憑借其在節約資源、改善生態環境及滿足大眾需求升級等方面的重要作用，越來越受到青睞。世界各國都將綠色、低碳的新材料技術及產業化作為發展方向，注重新材料與資源、環境和能源的協調發展，推進與可持續發展密切相關的新材料的開發與應用。例如，新能源產業發展拉動風機制造、光伏組件、新能源材料等產業發展，促進智能電網、電動汽車等產品的生產和應用。目前，歐洲80%的中空玻璃使用LOW-E玻璃（低輻射玻璃），美國LOW-E玻璃的普及率高達82%。

第二節 主要國家和地區發展回顧

一、美國，全球新材料的領跑者

美國的新材料產業處于全球領先地位，從研發實力、生產規模到產業化應用都走在世界前列，新材料綜合實力全球第一。美國新材料產業主要分布在五大湖地區和太平洋沿岸地區，擁有杜邦、道康寧、陶氏化學等全球領先的新材料企業。歷屆美國總統都很重視發展新材料，制定了相關的或者專門的政策引導產業發展，并給予大力的財政支持。

“冷戰”時期，美國重點研發與國防相關的航空航天、計算機和信息技術、生物技術，由此帶動空間材料、電子信息材料的迅速發展。“冷戰”結束后，美國的鋼鐵、汽車、消費電子等產業受到日本、歐洲的挑戰，競爭優勢逐漸縮小，迫使美國開始反思并調整科技政策，由軍用為主轉向軍民結合技術。

克林頓時期，大力支持民用工業技術的創新發展，先后發布了包括先進汽車材料計劃、未來工業材料計劃、國家納米技術計劃等一系列重大科技創新計劃，強調優先把生物技術、特種材料、新能源等作為重點領域加以扶持，其中美國國家納米技術計劃是一項中長期計劃，有多個部門和機構參與，每年都會獲得經費支持。

小布什時期，美國科技政策發生了較大轉變，對科技的支持力度弱于克林頓時期，研發重點也轉向了國防領域，發展重點是生物技術、納米技術和氫能源技術，出臺了《21世紀納米技術研究開發法案》，授權設立一項永久性的國家納米技術研究計劃[3]。

奧巴馬時期，為重塑和加強制造業競爭優勢，鞏固制造業在美國經濟的核心地位，一改小布什時期的保守科技政策，注重科技成果的商業化以及新市場的開拓與革新，加強基礎性和前沿性技術研究，先后推出了材料基因組計劃、材料基因組戰略規劃、國家納米計劃（2012、2014）等戰略規劃[4]，并成立了關鍵材料中心，以及輕質材料、先進復合材料制造創新研究所等制造業創新中心。

特朗普時期，延續前任支持新材料發展政策，于2017年出臺了美國電子復興計劃，重點支持采用新方法來研究微系統的材料、設計和架構等。2018年出臺關鍵礦物清單，從材料向上游原料延伸，保障關鍵礦物供應安全。

二、歐盟，塑造競爭新優勢

歐盟在航空航天等某些新材料領域保持世界領先地位。為保持新材料領先地位，歐盟重視制定新材料發展戰略，這體現在歐盟實施的一系列研究與技術開發計劃（簡稱“框架計劃”，FP）中。自1984年至2013年，歐盟共實施了7個框架計劃。第7個框架計劃提出發展納米科技、材料與新生產技術領域，同時還發布了為期3年的石墨烯基納米電子器件聯合研究項目。框架計劃到期后，歐盟實施了“地平線2020”計劃，提出發展先進材料；發布了石墨烯旗艦計劃和科技路線圖，大力發展石墨烯；公布了“歐洲冶金計劃”，重點發展新型金屬及其制造技術。

三、英國，利用材料技術實現可持續發展

英國的新材料技術一直處于世界領先水平，英國新材料科技發展戰略是利用世界頂級材料技術加強可持續發展。

1993年，英國政府發表了題為《實現我們的潛能》的白皮書，對未來5至10年的重要科技發展前景做出預測。1994—1999年，通過第一輪預見計劃的實施，英國確定了包括信息技術、電子通信、自然與環境、新化合物、新能源等在內的16個優先發展領域。英國之后發布的新材料相關計劃有《納米技術戰略（2009—2012年）》《先進材料戰略（2009—2012年）》《先進制造業一攬子政策》《英國復合材料戰略》《促進增長的創新與發展戰略》《英國工業2050新戰略》等。

四、日本，注重材料與資源環境的協調性

日本一直重視發展新材料，新材料研發注重實用性，并強調材料與環境、資源和能源的協調性。日本早些時候的創新以增量創新為主，后加大原始創新的投入，力圖保持新材料的國際競爭力，在尖端領域趕超歐美。

早在20世紀80年代，日本便確立了科學技術立國戰略，新材料技術被排在八大基礎性和先導性科學技術的首位。之后陸續提出的《高技術產業的基礎研究計劃方案》《有機硅材料研究開發基本計劃》《新的“科學技術政策大綱”》《超級鋼材料計劃》《日本產業結構展望2010》《科技創新綜合戰略2015》等計劃中，都涉及新材料。到目前為止，日本共提出了五期國家科學技術基本計劃，都將新材料列為發展的重點。2016年出臺的《第五期科學技術基本計劃（2016—2020年）》，指出要開發綜合型材料開發系統、納米技術和材料等。

五、其他國家

（一）韓國，力爭成為世界新材料科技產業強國

韓國政府歷來都高度重視新材料產業的發展，其發展目標是：力爭成為繼美國、日本、德國之后的世界新材料產業第四強國。在國家規劃中將新材料作為提高國家競爭力和科技發展的核心技術與方向，如《尖端產業發展五年計劃》、“G7工程”（也被稱為“先導技術開發事業”）、《韓國科技發展長遠規劃2025年構想》、《綠色增長國家戰略及五年行動計劃》和《新增長動力規劃及發展戰略》等。同時，還針對材料的重點領域制訂了專項計劃，如納米科技推廣計劃、納米技術融合2020計劃、第二期國家納米技術路線圖（2014—2025年）、先導技術開發計劃、生物工程科學發展計劃、原子能開發計劃等[5]。2011年11月，韓國知識經濟部出臺了以培育材料產業為核心的《材料·零件，展望未來2030》，重點支持包括智能鋼、碳納米復合材料、高性能可充電電池材料等在內的“十大核心材料產業”。

（二）俄羅斯，金屬材料和與航空航天及國防相關的新材料優勢明顯

俄羅斯在發展新材料產業方面的戰略是一方面繼續保持在航空航天材料、能源材料、金屬材料、化工材料、超導材料、聚合材料等領域的世界領先優勢，另一方面著力發展電子信息材料等對國民經濟發展、國防安全有重要影響的新材料領域。

2001年9月俄聯邦批準了根據科技發展優先方向制定的《2002—2006年聯邦專項科技研究與開發綱要》，新材料與化學工藝成為9個優先發展方向之一，并列出發展新材料的關鍵技術，包括陶瓷和玻璃材料，膜技術，特種性能的金屬和合金，重要戰略原料的評估、綜合開采和深加工技術，聚合材料和復合材料，超硬合成材料，超導技術，微型冶金生產技術模型。2007年批準了《2008—2010年發展納米基礎設施聯邦專項計劃》，2008年將該計劃延長至2011年。2012年4月發布的《2030年前材料與技術發展戰略》提出了18個重點材料發展領域，其中包括智能材料、金屬間化合物、納米材料及涂層、單晶耐熱超級合金、含鈮復合材料等，同時還制定了新材料下游主要應用企業的發展戰略。2014年，《俄羅斯聯邦至2030年科技發展預測》分布，新材料與納米技術成為7個科技優先發展方向之一。

（三）印度，試圖在新領域實現彎道超車

發展高新技術是印度歷屆政府的一貫立場。1958年的《科學政策決議》、1983年的《技術政策聲明》和2003年的《科技技術政策》不僅體現了印度政府發展高新科技的戰略性決策，也代表政府在不同時期發展高新科技的戰略目標。印度特別重視信息技術、生物技術和材料科學技術等關鍵技術，在氣候變化國家行動計劃、國家太陽能計劃、“十二五”規劃（2012—2017），“2013科學、技術與創新政策”中都提到了發展新材料[6]。2014年8月，印度科學和技術部發布了IMPRINT（Impacting Research Innovation and Technology）關鍵技術路線圖計劃。印度頂級教育及研發機構印度理工學院與印度科學院通力合作，在先進材料等十個關鍵領域制定未來研發路線圖，以解決印度目前社會經濟發展面臨的瓶頸。

（執筆人：曾昆）

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[1] 中國新材料產業技術創新戰略聯盟秘書處.全球新材料未來發展重點分析.中國科技產業，2015（08）

[2] 李強，周少雄，曾宏.全球新材料產業發展態勢.中國經濟報告，2018（07）

[3] 蔡柏奇，曾昆.美國新材料產業科技政策演變及啟示.新材料產業，2014（03）

[4] 王興艷，李丹.美國新材料產業支撐體系研究及啟示.特區經濟，2015（09）

[5] 陳紅光，閔國全，施利毅.韓國納米科技發展政策研究及啟示.新材料產業，2017（06）

[6] 屠海令.我國新材料產業發展前瞻研究