材料的先導性突破不斷引發高新技術和新興產業的爆發式增長，先進材料已成為各國搶占科技制高點的重點關注與發展的關鍵領域，是經濟社會發展的基礎性、戰略性產業。先進材料發展決定著高新技術、高端制造、重大工程的發展水平。本文系統分析了中國先進材料領域發展現狀，包括重大科技計劃和發展體系能力等，并提出中國先進材料領域未來發展戰略方向和政策措施建議。

習近平總書記明確指出：“新材料產業是戰略性、基礎性產業，也是高技術競爭的關鍵領域，我們要奮起直追、迎頭趕上。”當前，新一輪科技革命和產業變革正在加速顛覆現有的研究范式、產業形態、分工和組織方式，加速重塑全球競爭格局和世界發展走勢，這為中國高新技術、新興產業、高端制造和重大工程的發展提供了千載難逢的發展機遇。

但是，先進材料作為這場革命的物質基礎和根本保障，中國長期處于“跟跑”狀態，原創技術少，核心技術落后。如果先進材料的發展跟不上這場大變革的發展，我們可能再次錯失良機。縱觀中國先進材料的發展脈絡，不難發現，先進材料的前沿研究、產業發展和技術應用并沒有完全形成有機融合的一體化發展，盡管前沿研究的發展速度很快，但整體研究分散，缺乏技術要素系統集成，導致后續產業化和應用面臨工業要素短缺的困境，無法形成行業凝聚力和主導力。基于此，本文依托中國工程院、中國科學技術協會等部門相關戰略咨詢課題，系統分析總結了中國先進材料領域發展現狀，包括重大科技計劃和發展體系能力等，并提出中國先進材料領域未來發展戰略方向和政策措施建議。

國內外先進材料領域重大科技計劃 

材料領域的競爭與國家安全高度融合，未來在技術上呈現分立化、多元化趨勢。隨著材料在科技和產業領域先導和推動作用的不斷加強，全球先進材料的激烈競爭、自主發展和產權保護將會貫穿先進材料工程科技發展的整體路徑，全球先進材料共享技術的標準將呈現多樣化發展趨勢，國家技術保護主義更加突出。

美國于2020年10月15日發布了《關鍵技術和新興技術的國家戰略》列出20項“關鍵與新興技術”清單，要求確保美國在尖端科技領域的領導地位及競爭優勢。2021年6月，美國能源部發布了由聯邦先進電池聯盟編制的《美國國家鋰電藍圖2021—2030》，全面分析了美國鋰電產業的發展現狀和未來前景，通過對美國鋰電池制造業競爭力進行評估，提出了美國鋰電池供應鏈的5個建設目標。特別是在2022年8月9日，美國總統拜登正式簽署《2022芯片與科學法案》。通過《芯片法案》，美國舉國之力加強先進材料相關產業，并最終加速關系到國家安全的納米技術、量子計算、人工智能、下一代通信、計算機硬件、生物技術、網絡技術和其他新興能力的創新和發展；值得關注的是，《芯片法案》限制美國企業支持中國等國家的半導體研發和生產，引起相關行業的廣泛關注。歐盟及其他歐洲國家、日本、韓國和俄羅斯等也推出相應發展規劃與布局，鞏固和發展本國優勢先進材料產業。

中國在材料科學領域也先后制定出臺相應的科研與產業政策，竭力搶占材料發展的制高點。2015年，國務院發布《中國制造2025》，將先進材料列入十大重點領域之一；以特種金屬功能材料、高性能結構材料、功能性高分子材料、特種無機非金屬材料和先進復合材料為發展重點，加快研發先進熔煉、凝固成型、氣相沉積、型材加工、高效合成等新材料制備關鍵技術和裝備，加強基礎研究和體系建設，突破產業化制備瓶頸。積極發展特種先進材料，加快技術雙向轉移轉化。高度關注顛覆性先進材料對傳統材料的影響，做好超導材料、納米材料、石墨烯、生物基材料等戰略前沿材料提前布局和研制，加快基礎材料升級換代。

2021年3月，先進材料創新發展工程也被列為《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》。工程擬通過重點品種突破和公共平臺提升等方面，加快實現提升先進材料保障能力。工程圍繞大飛機、航空發動機、集成電路、信息通信、生物產業和能源產業等重點應用領域，攻克高溫合金、航空輕合金材料、超高純稀土金屬及化合物、高性能特種鋼、可降解生物材料、特種涂層、光刻膠、靶材、拋光液、工業氣體、仿生合成橡膠、人工晶體、高性能功能玻璃、先進陶瓷材料、特種分離膜以及高性能稀土磁性、催化、光功能、儲氫材料等一批先進材料。建設高端聚烯烴、稀有金屬、粉末冶金、先進玻璃、先進陶瓷等制造業創新中心和公共平臺。建設信息通信設備、節能環保、機器人裝備材料等生產應用示范平臺。建設新材料測試評價平臺區域中心、新材料數據中心。到2025年，先進材料保障能力得到提升，公共服務能力得到明顯改善，新建10個以上新材料平臺。

中國先進材料領域發展體系能力分析

 1   總體水平與優勢

當前，中國新材料產業已形成了全球門類最全、規模第1的材料產業體系，材料產業已經成為中國的重要支柱產業，產值約占全國GDP的23%。建成了涵蓋金屬、高分子、陶瓷等結構與功能材料的研發和生產體系，形成了龐大的材料生產規模，鋼鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、玻璃、化學纖維、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼等百余種材料產量達到世界第1位。新能源材料產業的發展勢頭迅猛，鋰離子電池材料、燃料電池材料等高技術產業的發展，突破了技術壁壘，為新能源產業的快速發展提供了重要支持。電極材料、電解液和隔膜產能規模也已經位于全球前列，在電解液和隔膜方面，中國的產能已占據全球總產能的50%以上。

中國先進材料領域創新能力顯著提升，形成了較為完整的創新體系和學科發展體系。中國擁有208個材料科學與工程學位授權點，32所高校材料學科入選國家一流學科建設，在各學科中居于首位。材料科學重大創新載體建設步伐加快，新材料行業技術創新中心、國家重點實驗室、國家工程（技術）中心、產業化基地、專業化園區已接近400家，2020年新材料研發企業達到6345家。以企業為主體、市場為導向、“產學研用”相互融合的新材料創新體系正在初步形成并逐步完善。

產業集群化發展趨勢明顯，形成了一批特色鮮明的新材料產業集聚區。2020年中國新材料生產企業達867.87萬家。各地基于材料工業基礎、技術人才條件、資源稟賦、市場需求、環境承載力等比較優勢，大力發展區域特色新材料產業，推動新材料相關企業集聚化發展，涌現出一批各具特色的新材料產業集群。總體來看，中國東、中、西部地區新材料產業發展各有側重，呈現“東部沿海聚集，中西部特色發展”的空間布局，區域特征明顯。其中東部地區承擔著新材料的研發創新、高端制造等功能，形成了以環渤海、長三角、珠三角等地區為代表的新材料綜合性產業集群，中西部地區鋼鐵、有色金屬、化工、建材等傳統材料工業基礎扎實，資源能源優勢豐富，形成了以材料深加工和資源利用為基礎的特色新材料產業基地。

材料科技創新貢獻度日益增強，有力支撐重大工程建設和產業結構優化。新材料科技快速發展，不斷推動產業結構優化。例如，超級鋼、電解鋁、低環境負荷型水泥、全氟離子膜、聚烯烴催化劑等產業化關鍵技術的突破，促進了鋼鐵、有色金屬、建材、石化等傳統產業轉型升級，新型能源材料、先進電子材料關鍵技術突破正支撐半導體照明、新能源汽車、太陽能光伏等一批戰略性新興產業實現跨越式發展。新材料為中國航空航天、能源交通、工程建設、資源節約及環境治理等領域一系列國家重大工程的實施提供了不可或缺的物質基礎和保障。例如，高性能鋼材料、輕合金材料、工程塑料等產品結構不斷優化，有力支撐和促進了高速鐵路、載人航天、海洋工程、能源裝備的“走出去”；第3代鋁鋰合金成功實現在大飛機上應用等。

 2   短板與不足

創新引領能力不足，難以搶占未來戰略制高點。由于歷史原因，所有引領現代產業發展的先進材料幾乎全部源自發達國家，26項獲諾貝爾獎的革命性材料，均是國外科學家首先發現。中國先進材料領域起步較晚，30多年的發展主要集中在量大面廣的中低端產品，鋼鐵、有色、化工、建材等的產量巨大，但能耗高、污染高，可持續發展能力不足。雖然，中國創新主體在先進材料產業領域已積累了一定數量的創新成果，但是成果質量與美國、日本、歐盟相比仍存在較大差距。特別是在前沿性、基礎性創新方面，缺乏體系化。例如，自由選題較多，缺乏宏觀系統整合；缺乏材料戰略科學家組織重大共性科學問題系統研究；基礎研究的細度、縱向深度和橫向廣度均欠佳。總體來講，中國材料領域原始創新能力仍處于“跟跑”階段，創新鏈不通暢，難以搶占戰略制高點。創新體系效能不足成為中國新材料研發中的最大短板。

創新鏈產業鏈融合不足，制造和應用環節發展滯后，難以對產業形成有效支撐。從科研論文發表來看，中國材料科學高水平論文數量高居全球第1，且占比近50%。但從產業側看，中國高端制造業仍有諸多先進材料依賴進口，科技產業“兩張皮”現象在材料領域表現尤為明顯。一方面，中國產業長期處于全球價值鏈中低端，過去幾十年先進技術的獲取過度依賴國外創新體系；另一方面，成果大多依托于高校和科研院所，受政策、體制、機制等諸多因素的制約，中國新材料研發與應用脫節較為嚴重，新材料成果轉化率較低。

先進材料短板問題突出，嚴重制約高端制造業發展。在運載工具、能源動力、高檔數控機床和機器人、國防軍工等5大領域，中國的先進材料有幾十種面臨國外禁運，上百種依賴進口。以高端制造為例，鋁合金、鎂合金、鈦合金、高溫合金構件等支撐高端裝備向大型化、高速化、高可靠、長壽命發展的高端先進材料的制造水平與國外存在10~20年的差距，產品性能穩定性不足、質量精準度不高、生產效率低、成本高，國產大飛機先進材料及構件國產化率不足5%。在集成電路、新型顯示、生物醫藥、新能源汽車等11個重點應用領域中，中國新材料平均自給率為50%左右。在鋰離子電池的部分新材料高端產品領域，中國的新材料技術含量不高，產品的附加值低，高端材料和電池的高精度自動化裝備仍需大量進口。

產業基礎保障能力落后，難以支撐科技創新發展。用于材料設計、制造、模擬的軟件長期依賴進口，高端工控系統和數控裝備基本需要從國外進口，高端檢測儀器完全依賴進口，價值200萬元人民幣以上的科學儀器國產率僅1.5%；100萬元以上高端表征設備幾乎全部需要進口。新材料領域關鍵原輔料自給率嚴重不足，基礎原材料產品在純度、精細度控制等方面也嚴重不足，多種電子化學品依賴進口，材料工藝缺乏在深度、細度上的突破。材料加工數字化、智能化水平長期落后，與發達國家存在較大差距。材料數據庫、材料領域標準的布局和建設力度不足，難以形成競爭優勢。

先進材料領域未來發展的戰略構想 

圍繞中國建設科技強國、創新型國家及達成“雙碳”目標需求，在高新技術、新興產業、高端制造和重大工程領域形成中國自主發展的新材料支撐保障體系，在經濟運行體系中全方位自主支撐關鍵基礎材料、新能源技術和信息技術的發展，形成材料、能源和信息三大自主產業融合體系。在社會運行體系中自主支撐以人為本，環境與安全相適應的保障體系，在人的主體方面主要解決的是健康和衣食住行的生活質量等方面的社會問題，健康方面以生物醫用材料為主導方向將有助于人類達到新的生存質量高度，解決包括中國未來面臨的養老問題在內的健康領域問題；衣食住行方面以舒適材料為主導方向將有助于人類達到新的生活質量高度。在與人的主體相對應的環境方面，環境工程材料將切實服務于“美麗中國”建設；在與人的主體相對應的安全方面，安全工程材料將切實服務于“平安中國”與國防建設。

在經濟和社會發展體系中，中國長期習慣于國際化分工和高端材料的引入，在當前面臨的重大“卡脖子”問題中，關鍵材料的產業鏈不牢靠、不穩固、斷層多等問題表現比較突出，中國在先進材料領域積極推進“創新鏈”和“產業鏈”自主發展體系，構建先導性物質保障體系，同時也推進“雙碳”目標下的材料綠色高質量發展和關鍵核心技術突破。

 1   建設先進材料“用—產學研—科普”平臺及數字孿生平臺

建設以需求為牽引的“用—產學研—科普”一體化轉化與資源共享平臺，完善國家級生產應用示范平臺，解決核心材料生產應用技術開發、應用技術服役環境評價、生產應用示范線建設、資源數據庫共享等問題，提高新材料的應用技術創新發展水平。加強新材料資源共享平臺建設，對新材料產品、企業、集聚區、資金項目、成果獎勵、學術文獻、標準、專利、專家等海量數據資源進行匯聚加工，構建新材料行業知識服務系統；搭建新材料儀器設施共享系統，實現關鍵儀器設施的在線互聯與服務共享等。推動先進材料領域前沿技術、創新理論向全社會的普及，實現對產學研一體化進程的全過程科學普及。

建立“用—產學研—科普”平臺的數字孿生平臺，發展材料研發智能技術、基于材料基因工程的新材料融合創新技術等新材料智能化技術、材料應用大數據庫等。推動材料基因工程和材料智能化發展，建設材料數字化研發、制造、應用平臺，加速材料人工智能技術融入新材料的研發、設計、制造和應用全生命周期，提高創新效率、實現材料產業鏈的數字化轉型。

 2   新材料設計—表征—標準-評價平臺建設

研發國產新材料制造設計軟件、材料結構演化和材料響應軟件、量子和原子空間尺度的材料計算軟件、機器學習、材料集成設計軟件等，形成“計算、數據、AI、實驗”四位一體緊密結合的新材料研發基礎設施的建設。發展用于產品、工藝、測試、應用、評價等場景的具有自主知識產權的材料高通量表征儀器、材料痕量成分分析儀器、材料性能測試儀器、材料制造流程在線監測儀器等高端精密檢測儀器，實現材料高端加工裝備工藝、材料精密檢測儀器的自主可控。

建立支撐新材料產業高質量發展的標準體系，開展新材料標準領航行動，加大先進基礎材料、關鍵戰略材料及前沿新材料標準的有效供給，充分發揮標準化對新材料產業發展和質量變革的引領作用。大力培育發展自主認證、檢測品牌，提升國際競爭力。完善新材料測試、表征、評價體系，建立國家新材料測試評價平臺，構建新材料測試評價體系，解決新材料測試評價的瓶頸和短板問題。普及材料全生命周期理論，實現新材料全生命周期管理，搭建標準化、國際化的第三方性能評價平臺，為綠色制造和高質量發展提供依據。

政策措施建議 

在中央科技委員會的領導下，集中國家優勢科技力量，加強科技規劃、優化學科布局、建設自主創新高地，超前布局未來顛覆性/核心關鍵技術，以科技帶動全面創新，協同解決幾項重大關鍵核心材料“卡脖子”問題，例如，高溫合金、芯片材料技術等；依托優勢資源和清潔能源聚集地，促進高水平集聚發展，進一步加強先進材料支撐保障體系的國家布局，例如，大數據庫、檢測儀器、設計軟件、高端加工設備、高端加工輔料等；進一步加強原材料體系的國家布局，例如，高純化學氣體、高純固體原料、高純液態原料等。抓住新一輪科技革命和產業變革機遇，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大工程和重大工程科技項目，以點帶面，促進中國先進材料從小到大、由弱到強的跨越發展。

強化部署國家戰略科技力量，中國的戰略研究力量亟需進行從個別據點到體系化的提升，必須崛起一批既能攻堅克難又能創造卓越知識的國家實驗室、大學、科研院所、企業等國家戰略科技力量，有計劃建設一批面向全球先進材料領域的學術高地和科學中心，在重點領域/產業具備既能攻克核心關鍵技術，又能實現技術持續積累的能力，形成“向上捅破天，向下扎到根”的局面，解決中國在先進材料領域科技創新的脆弱性和依附性。

加強先進材料人才培育、提升、能力轉化平臺的建設，形成先進材料人才梯隊。加快教育改革，支持發展高水平研究型大學，加強基礎研究人才培養，培養具有國際競爭力的青年科技人才后備軍。面向材料學科發展前沿和國家/區域重大戰略需求，以問題為導向，創新培養模式，制定科學的培養方案，體現特色和個性化，以培養材料領域高層次復合型拔尖人才。優化人才隊伍結構，完善人才評價體系，通過“走出去”和“引進來”模式，挖掘世界級頂尖科學家，對優秀平臺、優秀團隊和優秀人才進行穩定、長期的經費支持；增加對高水平工程師、高水平管理人員、高水平技術工人等類型人才的評價維度，與高水平學術人才體系進行對標，并納入科技人才培育體系。

作者簡介：李元元，華中科技大學，中國材料研究學會，中國工程院院士，教授，研究方向為粉末冶金、材料加工工程和機械工程。