在當今時代，材料創新已成為推動社會進步和經濟發展的核心力量，深刻地影響著人們生活的方方面面。從新能源的開發利用到醫療技術的突破，從基礎設施的升級建設到電子產品的迭代更新，材料科學的創新成果無處不在。英國，憑借其深厚的材料科學底蘊，在這一領域一直處于世界領先地位。《國家材料創新戰略》的出臺，更是為英國材料創新的未來發展繪制了宏偉藍圖，旨在進一步鞏固其全球領導地位，通過材料創新推動經濟增長，解決社會面臨的諸多重大挑戰。

該戰略由英國國家先進材料研究所——亨利·羅伊斯研究所（Royce）牽頭推進，旨在利用英國在材料科學領域的世界領先專長，應對可持續發展、能源效率與醫療健康等重大挑戰。

在制定過程中，通過線上研討會等形式，廣泛征求了超過 270 家不同機構的 2000 多名專家的意見。這些專家來自不同的行業和領域，包括大型企業的高管、高校的科研人員、政府部門的政策制定者以及非政府組織的代表等。他們從各自的專業角度出發，分享了對市場機會、材料創新解決方案的見解，以及實現這些解決方案所需的能力和投資方面的差距。

經過充分的討論和分析，確定了 19 個具體的材料創新機會和 40 多個優先事項。這些機會和優先事項涵蓋了多個領域，從新興的量子技術到傳統的建筑材料領域，都有涉及。它們是基于對市場需求、技術發展趨勢、英國自身優勢和面臨挑戰的綜合評估而確定的，具有很強的針對性和前瞻性，為英國材料創新的未來發展指明了重點方向。

《國家材料創新戰略》概述了一項通過先進材料創新驅動英國經濟增長的全面咨詢、架構與行動計劃。

• 通過促進產業界、學術界與政府的三方協作，該戰略致力于加速從基礎研究到商業化的轉化進程，提升生產力，增強國家抗風險能力，并創造高技能就業崗位。

• 重點領域涵蓋能源解決方案、未來醫療、結構創新、先進表面技術、下一代電子器件及可持續消費品。這一倡議將鞏固英國在全球材料創新領域的領導地位，為繁榮可持續的未來奠定基礎，支撐英國多元化產業發展。

• 戰略規劃了六大"機遇主題"，旨在推動高影響力創新，促進生產率提升、就業增長與全民繁榮。其獨特之處在于聚焦具有變革性的賦能技術與方法——這些被納入"橫向主題"的創新將徹底重塑材料創新在多領域的應用模式。

• 其中，"材料4.0"與"可持續性"兩大橫向主題具有顛覆性意義，需要采用靈活的系統思維整合多元技術方法，通過整體性視角實現材料創新在實施、應用與規模化方面的質的飛躍。

• 報告包括《材料未來：國家材料創新戰略執行摘要》與《國家材料創新戰略完整報告》兩份核心文件。

戰略目標體系包含九大核心要務：

1. 加速創新：打通從發現到應用的轉化路徑，打破行業壁壘與學科界限

2. 驅動經濟增長：通過材料創新顯著提升經濟貢獻，創造高技能就業

3. 可持續與韌性發展：將可持續理念融入創新全流程，助力凈零經濟轉型

4. 應對重大挑戰：重點突破能源系統脫碳、醫療革命、循環經濟等關鍵領域

5. 發揮既有優勢：整合英國頂尖研發實力、監管環境與人才儲備實現突破

6. 構建統一框架：建立跨行業協同機制應對共性機遇與挑戰

7. 培育高價值產業：聚焦高潛力投資領域，以示范性創新支撐重點產業

8. 促進協同創新：搭建產學研政多方協作的創新生態

9. 鞏固全球領導力：持續提升英國在材料科學與創新領域的國際話語權

這一目標體系旨在將材料科技潛力轉化為現實生產力，確保英國保持全球材料創新領導地位。通過系統布局，戰略將推動材料創新成為英國經濟轉型升級的核心引擎，為構建可持續未來提供關鍵支撐。

材料創新是未來技術發展的核心，影響能源、國防、基礎設施、醫療和數字化等關鍵領域。英國在材料科學領域具備深厚的學術和產業基礎，擁有世界領先的專業知識。

當前，英國材料科學在全球處于領先地位。英國在材料科學領域擁有卓越的學術和產業基礎。眾多世界知名的高校，如牛津大學、劍橋大學和曼徹斯特大學等，在材料科學研究方面成果豐碩，培養了大量頂尖人才。英國的材料產業也十分發達，涵蓋了從基礎材料生產到高端材料應用的多個領域，擁有一批在國際上具有競爭力的企業。

然而，英國材料創新也面臨著一系列挑戰。其中，研究成果商業化的瓶頸問題尤為突出，許多具有潛力的材料研究成果難以順利轉化為實際產品并推向市場，導致創新價值無法充分實現。此外，跨領域協作不足，不同研究學科、供應鏈和產業之間缺乏有效的溝通與合作，限制了材料創新的整體效能。

因此，制定國家材料創新戰略具有緊迫性和重要性，它將為英國材料創新的發展提供明確的方向和有力的支持。

（一）經濟貢獻

材料創新企業在英國經濟中占據著重要地位，對英國經濟的直接和間接貢獻巨大。每年，材料創新企業為英國經濟貢獻約 450 億英鎊，這一數字占英國總 GVA 的 2%。更為重要的是，這些企業的創新活動帶動了相關產業的發展，在更廣泛的生產活動中創造了高達六倍于自身貢獻的價值。

英國制造業是材料創新的重要應用領域，對材料的依賴程度極高。材料創新為制造業提供了高性能、高質量的原材料和先進的制造技術，推動了制造業的升級和發展。英國制造業每年為 GVA 貢獻 2200 億英鎊，支持著 260 萬個工作崗位，其中 85% 的生產活動分布在倫敦和東南部以外的地區，促進了區域經濟的均衡發展。材料創新企業還吸引了大量的投資。在過去的三年里，這些企業平均每年在英國獲得 80 億英鎊的外部公私資金，用于支持創新活動。這些資金的注入為企業的研發、生產和市場拓展提供了有力的保障，進一步推動了材料創新產業的發展。

（二）就業帶動

材料創新領域是創造就業機會的重要源泉，為不同技能水平的人群提供了廣泛的就業崗位。目前，約有 52,000 人在英國 2700 家活躍于材料創新的公司中從事材料相關工作，這些崗位的經濟價值顯著，為 GVA 貢獻高達 44 億英鎊。

在不同規模的企業中，材料相關崗位的占比呈現出明顯的差異。在微型企業中，材料特定崗位平均占比 40%，這表明微型企業對材料專業人才的高度依賴，材料創新在微型企業的發展中起著核心作用；小型企業中該比例為 22%，小型企業通過材料創新提升產品競爭力，創造了更多的就業機會；中型企業占比 10%，中型企業在擴大生產規模和拓展市場的過程中，對材料創新人才的需求也在不斷增加；大型企業占比 6%，雖然占比相對較小，但由于大型企業的規模效應，其材料相關崗位的絕對數量仍然相當可觀。隨著材料創新產業的不斷發展，對材料技能的需求持續增長。

預計到 2035 年，材料特定工作崗位的數量至少會翻倍。這一趨勢不僅反映了行業的蓬勃發展，也為求職者提供了廣闊的職業發展空間。英國一些知名企業，如捷豹路虎、摩根先進材料、阿爾特拉德、勞斯萊斯等，都是材料專業人才的重要雇主，為他們提供了豐富的職業發展機會。

（三）增長潛力

英國在多個材料創新領域展現出巨大的增長潛力，擁有一系列高價值的投資機會。在復合材料領域，其市場價值已達 40 億英鎊，且預計將以 6 - 9% 的年復合增長率持續增長。復合材料憑借其輕質、高強度、耐腐蝕等優異性能，在航空航天、汽車制造、可再生能源等領域有著廣泛應用。例如在航空航天領域，采用復合材料制造飛機部件，能夠有效減輕飛機重量，提高燃油效率，降低運營成本。隨著這些行業的不斷發展，對復合材料的需求將持續攀升，為英國相關企業帶來廣闊的市場空間。

生物電子學是英國另一個具有顯著增長潛力的領域，市場價值在 1.32 億 - 1.63 億英鎊之間，年復合增長率為 6 - 14%。生物電子學融合了生物學、電子學和材料科學等多學科知識，致力于開發能夠與生物系統相互作用的電子設備。英國在生物電子學研究方面處于世界前沿，每年產出約占全球 11% 的相關科學論文。例如，可穿戴式生物傳感器能夠實時監測人體健康狀況，為醫療保健提供個性化的解決方案；植入式生物電子設備則有望用于治療神經系統疾病、糖尿病等慢性疾病。隨著技術的不斷進步和市場需求的增長，生物電子學領域的市場規模有望迅速擴大。

光子學在英國同樣具有重要的戰略地位，市場價值高達 152 億英鎊，年增長率為 3.4%。光子學利用光的特性來實現各種功能，涵蓋了光通信、光顯示、光傳感等多個應用領域。在光通信領域，光子學技術的發展使得數據傳輸速度不斷提升，滿足了人們對高速互聯網和大數據傳輸的需求。隨著 5G 技術的普及和未來 6G 技術的研發，光通信市場將迎來更大的發展機遇。在光顯示領域，光子學技術推動了高分辨率、高對比度顯示設備的發展，為消費者帶來更好的視覺體驗。英國在光子學領域的技術積累和創新能力，將有助于其在全球市場競爭中占據優勢地位。

基礎產業作為英國經濟的重要支柱，市場價值達到 520 億英鎊，年增長率約為 9%。基礎產業包括鋼鐵、化工、建材等行業，這些行業對材料的需求巨大且持續穩定。材料創新在基礎產業中發揮著關鍵作用，能夠推動產業升級，提高生產效率，降低能源消耗和環境污染。例如，新型鋼鐵材料的研發可以提高鋼鐵的強度和耐腐蝕性，延長鋼鐵制品的使用壽命；綠色化工技術的應用可以減少化學工業對環境的影響，實現可持續發展。

量子技術是近年來備受關注的前沿領域，英國在這一領域也取得了顯著進展，市場價值為 17 億英鎊，年復合增長率高達 14.3%。量子技術基于量子力學原理，具有超越傳統技術的計算能力、通信安全性和傳感精度。在計算領域，量子計算機有望解決一些傳統計算機難以處理的復雜問題，如密碼破解、藥物研發、氣候模擬等；在通信領域，量子通信可以實現絕對安全的信息傳輸，保障國家信息安全。英國在量子材料的研發和應用方面具有一定的優勢，通過進一步的創新和投資，有望在全球量子技術競爭中取得領先地位。

（四）解決重大挑戰

材料創新在解決英國乃至全球面臨的重大挑戰方面發揮著不可或缺的作用，涉及能源、健康、交通、制造、國家安全和資源可持續利用等多個關鍵領域。

在能源領域，材料創新是實現能源轉型和可持續發展的核心驅動力。隨著全球對氣候變化問題的關注度不斷提高，英國致力于減少碳排放，實現凈零碳目標。材料創新在這一過程中發揮著關鍵作用。例如，在電池儲能方面，研發高性能、長壽命且可持續的電池材料，對于推動電動汽車的發展和實現可再生能源的有效存儲至關重要。新型電池材料的應用可以提高電池的能量密度，延長電動汽車的續航里程，降低充電時間，促進電動汽車的普及。在氫能源領域，開發能夠承受極端溫度、壓力和腐蝕條件的材料，對于實現氫氣的安全運輸、高效存儲和有效利用至關重要。這些材料創新不僅有助于英國實現能源轉型，還能帶動相關產業的發展，創造新的經濟增長點。

在健康領域，材料創新為改善醫療保健水平提供了重要支撐。隨著人口老齡化的加劇，人們對醫療保健的需求不斷增加，對醫療設備的性能和安全性也提出了更高的要求。生物相容性材料的研發能夠滿足這一需求，這些材料可以與人體組織和細胞良好地相互作用，減少不良反應，提高醫療設備的安全性和有效性。例如，用于制造人工關節、心臟支架等植入式醫療器械的生物相容性材料，能夠降低人體的免疫排斥反應，延長器械的使用壽命，提高患者的生活質量。生物電子材料的發展為醫療診斷和治療帶來了新的突破。可穿戴式生物傳感器能夠實時監測人體的生理參數，如心率、血壓、血糖等，為疾病的早期診斷和預防提供依據。植入式神經刺激器可以通過調節神經信號，治療帕金森病、癲癇等神經系統疾病。

交通領域，材料創新推動著交通工具的輕量化和高效化發展。在汽車制造中，使用高強度、低密度的材料，如碳纖維復合材料，可以顯著減輕車身重量，降低能耗，提高燃油效率。這不僅有助于減少汽車尾氣排放，還能提升汽車的性能和操控性。在航空航天領域，先進的材料能夠承受極端的溫度、壓力和機械應力，確保飛行器的安全和可靠性。例如，高溫合金和陶瓷基復合材料被廣泛應用于航空發動機部件的制造，提高發動機的熱效率和推力，降低燃油消耗。

制造業中，材料創新是提高產品質量和生產效率的關鍵。新型材料的應用可以使產品具有更好的性能和更長的使用壽命，減少資源浪費和環境污染。通過材料創新，還能夠推動制造業的數字化和智能化發展，提高生產過程的自動化水平和生產效率。在電子制造領域，高性能的半導體材料和新型電子封裝材料的研發，促進了電子產品的小型化、高性能化和多功能化。

對于國家安全而言，材料創新關乎國家的戰略安全和國防實力。在軍事領域，先進的材料被廣泛應用于武器裝備的制造。高性能的隱身材料可以降低軍事裝備的雷達反射截面積，提高其隱身性能，增強作戰的隱蔽性和突然性。高強度、輕量化的材料則用于制造坦克、飛機、艦艇等裝備，提高其機動性和防護能力。材料創新還在通信、情報收集等領域發揮著重要作用，保障國家信息安全。

在資源可持續利用方面，材料創新致力于開發可回收、可降解的材料，減少對自然資源的依賴，降低廢棄物對環境的影響。在包裝行業，研發可生物降解的塑料和紙質材料，能夠有效減少塑料垃圾的產生，解決 “白色污染” 問題。通過材料創新提高資源的回收利用率，實現資源的循環利用，推動循環經濟的發展。例如，新型的金屬回收技術和材料再生工藝，可以從廢舊電子產品、汽車零部件等廢棄物中提取有價值的金屬，減少對原生礦產資源的開采。

4.1 能源解決方案（Energy Solutions）

能源是全球關注的核心問題，材料科學的突破對于提高能源利用效率、推動低碳能源發展至關重要。英國的材料科學與成熟的能源產業緊密結合，可在以下方向取得突破：

• 電池材料：開發更高效、可持續的儲能技術，如鈉離子電池、固態電池等，以減少對鋰離子電池的依賴。

• 氫能材料：改進氫燃料電池的催化劑，提高耐久性，減少貴金屬依賴。

• 太陽能與光伏材料：提升太陽能電池的能量轉換效率，并發展新型材料，如鈣鈦礦太陽能電池。

• 核能材料：開發耐高溫、耐輻射的新型核燃料材料，支持下一代核反應堆技術。

• 廢熱回收材料：研究用于工業領域的先進熱管理材料，提高能源利用效率。

案例：風力渦輪機葉片的雷達干擾問題
研究表明，風力渦輪機的旋轉葉片會影響雷達系統，英國正開發新型納米涂層材料，以減少這種干擾，從而促進風力發電場的建設。

此外，英國計劃建立國家能源材料實驗室，用于測試和優化新型儲能與發電材料，加快技術從實驗室到市場的轉化進程。

4.2 未來醫療（Future Healthcare）

全球人口老齡化加劇，醫療負擔增加，材料科學在生物醫學領域的突破將帶來更高效、更精準的醫療解決方案。

• 生物兼容材料：研發更安全、耐用的植入式醫療材料，如人工關節、心臟支架等。

• 生物電子材料：利用石墨烯等先進材料，制造高靈敏度的神經接口設備，幫助治療帕金森病、癲癇等神經疾病。

• 個性化醫療材料：發展3D打印技術，制造個性化醫療植入物，提高患者治療效果。

• 高性能藥物遞送材料：開發納米載體，提高藥物靶向能力，減少副作用。

案例：石墨烯神經植入

英國團隊研發的石墨烯神經接口，可提高腦部信號檢測精度，支持更精準的神經疾病治療。

英國政府計劃在未來五年內投資3億英鎊，用于生物醫學材料的研發，推動材料在醫療行業的廣泛應用。

4.3 結構創新（Structural Innovations）

結構創新涵蓋建筑、基礎設施和交通系統領域，需要更輕、更強、更耐久的材料來提高安全性和能源效率。

• 低碳建筑材料：開發可替代水泥的新型建筑材料，如低碳混凝土、復合材料，以減少碳排放并提高建筑耐久性。

• 高性能合金與陶瓷材料：應用于航空、汽車、橋梁等基礎設施，以提高結構強度、耐高溫性和抗腐蝕能力。

• 智能自修復材料：利用納米技術和仿生材料開發可自修復的混凝土、涂層和復合材料，以降低維護成本。

4.4 高級表面技術（Advanced Surface Technologies）

表面技術創新能夠大幅提高材料的耐久性、功能性和環保性能，尤其在極端環境應用中具有重要意義。

• 摩擦學和表面處理：開發低摩擦涂層，以降低機械能耗并提高設備使用壽命。

• 極端環境耐受材料：研究耐高溫、耐腐蝕、耐輻射的涂層和材料，以滿足航空航天、核能和深海探索的需求。

• 智能表面技術：開發具有自清潔、防污、防冰等功能的表面材料，提高產品的可靠性和安全性。

4.5 新一代電子、通信與傳感器（Next-Generation Electronics, Telecommunications & Sensors）

電子技術的進步依賴于高性能材料的突破，未來電子、通信和傳感器的發展需要更高效、低功耗和耐用的材料支持。

• 高效功率電子材料：研究寬禁帶半導體材料（如氮化鎵、碳化硅）以提高電力轉換效率，支持電動汽車和可再生能源系統。

• 量子材料：用于量子計算、量子通信和量子傳感，推動信息技術革命。

• 光電子與通信材料：開發高速光纖和5G通信技術所需的新材料，提高數據傳輸速率并降低能耗。

4.6 消費品、包裝與特種聚合物（Consumer Products, Packaging & Specialist Polymers）

消費品和包裝行業面臨環保壓力，新材料的開發將推動可持續消費模式。

• 可降解包裝材料：替代傳統塑料包裝，減少環境污染，實現綠色循環經濟。

• 可持續彈性體：提高橡膠、醫用手套和輪胎等產品的可回收利用率，降低對石油基材料的依賴。

• 高性能聚合物：開發新型聚合物材料，提高耐熱性、耐化學性和力學性能，滿足航空、汽車、醫療等行業的需求。

5.1 材料4.0（Materials 4.0）

材料4.0指的是利用人工智能、大數據、機器學習、數字孿生等前沿技術，加速材料的研發、測試和制造進程。該主題的核心目標包括：

• 智能材料設計：通過計算材料學和機器學習預測材料性能，減少實驗成本，提高研發效率。

• 數字孿生技術：創建虛擬材料模型，實現仿真優化，提高制造精準度。

• 自動化實驗室：利用機器人和AI提高材料研發效率，加快創新步伐。

• 實時數據分析：利用物聯網和傳感技術監測材料的性能和壽命，提高質量控制能力。

5.2 可持續性與循環經濟（Sustainability & Circular Economy）

為了減少對環境的影響，材料創新需要全面采用可持續發展理念，核心內容包括：

• 綠色材料開發：設計可回收、可降解或生物基材料，減少對不可再生資源的依賴。

• 低碳制造工藝：采用低能耗、低污染的生產方法，減少碳足跡。

• 材料回收與再利用：建立高效的回收系統，提高廢舊材料的再利用率。

• 生命周期評估（LCA）：全面評估材料的環境影響，確保其符合可持續發展標準。

5.3 技術轉化與制造（Translation & Manufacturing）

從實驗室到市場，材料創新的轉化速度決定了其產業化的成功率，該主題的關鍵內容包括：

• 從基礎研究到商業化的橋梁：建立試點工廠和技術轉化中心，加快材料技術從實驗室到市場的應用。

• 制造工藝優化：推廣增材制造（3D打印）、精密制造等先進制造技術，提高生產效率。

• 供應鏈整合：建立高效的材料供應鏈，確保關鍵材料的可獲得性和安全性。

• 促進中小企業（SME）參與：為初創企業和中小企業提供資金支持和市場準入機制，推動材料技術的商業化。

5.4 技能發展（Skills Development）

材料創新需要高技能人才支持，該主題聚焦于：

• 跨學科人才培養：推動材料科學與計算機、工程、人工智能等學科的融合，培養復合型人才。

• 行業培訓與認證：建立材料科學相關的職業培訓體系，提高勞動力市場的競爭力。

• 大學與產業合作：推動高校與企業合作，培養符合行業需求的人才。

• 全球人才吸引與保留：通過政策激勵和研究基金，吸引國際頂尖人才來英國發展。

5.5 政策、法規與標準（Policy, Regulation & Standards）

政策與法規是推動材料創新的重要支撐，核心內容包括：

• 簡化材料審批流程：優化監管體系，加快新材料進入市場的速度。

• 建立行業標準：制定全球領先的材料標準，確保英國材料行業在國際市場的競爭力。

• 促進國際合作：加強與歐盟、美國、日本等國家的政策協調，共享技術標準和監管框架。

• 推動政府采購支持：政府帶頭采購創新材料，推動新材料的市場應用。

6.1 政策與法規

為了確保材料創新的順利實施，政府將推出以下政策措施：

• 設立材料創新基金，支持初創企業和學術研究機構。

• 優化監管框架，加快新材料的市場準入速度。

• 加強國際合作，與歐盟、美國、日本等國家共同推動材料技術發展。

• 建設國家材料數據庫，整合實驗數據，提高材料研發效率。

• 提供稅收激勵措施，鼓勵企業在可持續材料和綠色技術方面投資。

• 加強知識產權保護，確保材料科學創新成果得到有效保護，推動產業化。

6.2 未來十年發展藍圖

未來十年，英國將建立一體化的材料創新生態系統，推動材料科學從基礎研究到產業化的全面轉型。本戰略將通過政府、科研機構、企業的協同合作，推動材料技術突破，并提高英國在全球科技競爭中的地位。

• 短期目標（1-3年）：推動關鍵技術試點和示范工程，優化監管體系，提高產業鏈協作效率。

• 中期目標（4-7年）：加速高潛力材料的商業化，促進綠色制造，加強國際合作，構建全球領先的供應鏈體系。

• 長期目標（8-10年）：確保英國成為全球材料創新中心，在可持續材料、先進制造、新能源和生物醫療等領域保持技術優勢。

6.3 國際競爭力與市場前景

全球市場份額增長：通過推動材料科學突破，英國有望在全球材料市場占據更大份額，預計未來十年材料產業市場價值將達到1萬億英鎊。

• 推動綠色經濟：通過發展低碳材料和循環經濟模式，支持英國實現碳中和目標。

• 加強與國際科技巨頭合作：推動跨國研究合作，吸引全球頂級科學家和企業參與英國的材料創新項目。

通過這一戰略，英國將在未來十年內穩固其在材料科學和先進制造領域的全球領先地位，為經濟增長和社會發展提供強大支撐。