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李元元院士：在新一輪科技革命與產業變革中新材料迎來戰略機遇

2022-05-05 14:02:51 作者：本網整理來源：網絡分享至：

在由中國工程院、中國科學技術協會主辦，中國材料研究學會共同主辦的“中國新材料產業高峰論壇——第三屆中國新材料產業發展大會暨2021‘科創中國’新材料專家、技術、需求推介會”上，中國工程院院士李元元根據中國工程院幾個重大咨詢項目的部分研究成果作了“新形勢下我國新材料發展的戰略機遇與挑戰”的主題報告。

針對該主題，李元元院士從新材料的戰略地位、發展概況、重大需求、問題挑戰、戰略機遇、歷史任務等多個維度進行了詳細解讀。

01 2020年我國新材料企業產值超6萬億

材料是工業生產的物質保障，鋼鐵材料成就了機器化生產，電磁材料催生自動化材料，半導體材料形成了以信息化生產為主的工業3.0時代。近年來隨著人工智能材料的出現，工業已邁入智能制造工業4.0的時代。“任何一次高新技術的更新換代，都必須以該領域的新材料技術突破為前提，新材料在工業革命中起到了無可替代的基礎和支撐作用。”

進入21世紀以后，在全球范圍內，各國都在緊密出臺新材料的國家戰略計劃。比如美國通過“材料基因組”計劃，構建先進完備的材料研究工具與大數據，加速新材料的市場應用進程，以滿足多樣化的國家需要。歐盟的“石墨烯旗艦計劃”，日本的“創新制造戰略”，德國的“國家工業戰略2030”等，重點布局在新能源、信息、汽車、海洋等各自優勢的領域和戰略支柱產業。

會上，李元元院士介紹了我國的新材料發展概況。他表示，我國的新材料產業起步晚、底子薄、起點低，但經過材料人35年的努力，取得了舉世矚目的成就，我國已成為世界材料大國。他表示，在前沿研究方面，發明專利和論文數量均位居世界第一；在人才培養方面，專業技術人才已達120萬人，位居世界第一；在研發機構方面，新材料技術創新中心、國家重點實驗室、產業化基地等達400多家；在生產企業方面，2020年新材料生產企業達到867萬家，產值超過了6萬億元，約占我國GDP的6%。

當前中國新材料已進入到了高速發展的快車道，例如前沿研究正邁向世界的前列，尤其是前沿熱點領域表現出強勁的發展勢頭，部分領域與發達國家形成了并跑，甚至少數的領域已經形成領跑局面。產業集群已逐步形成長三角、珠三角、環渤海三大新材料產業聚集地，表現出蒸蒸日上的發展局面。特色產業形成優勢，西部、東北、中部分別以能源、資源、地域為特色的新格局呈現出高速發展的新態勢。以企業為主體，市場為導向，產學研用相融合的新材料創新體系正在逐步形成。

李元元院士指出，近幾年，我國新材料產業發展較快的新材料包括先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料三大領域。例如，先進基礎材料方面，超級鋼、電解鋁、低負荷水泥等都已經突破了關鍵技術；關鍵戰略材料方面，稀土永磁等材料的產業規模已經是世界第一；前沿新材料領域，石墨烯等材料處于國際領先地位。

02 高端制造對新材料提出迫切需求

當前在決定國家未來的6大核心推動技術方面，中國與美國等西方領先國家相比，仍然存在較大的差距，其差距的縮小均與關鍵戰略材料的發展密不可分。美國智庫曾提出“中國不能發展”的5大“卡脖子”核心技術，無論是芯片技術、高端發動機技術還是生物醫藥與裝備技術等，都離不開關鍵材料瓶頸技術的突破。

李元元院士表示，高端制造對新材料的需求十分重大且迫切。“中國制造2025計劃”中的十大重點產業領域，均涉及關鍵戰略材料的重大需求。美國的“先進制造伙伴計劃”中三大優先發展領域，也強調新材料的戰略保障作用。德國“工業4.0”也把新材料與信息技術列為同等地位。

在我國，“墨子號”量子衛星、“天眼”工程、載人航天、探月工程、深海工程、北斗導航等國家工程都對新材料存在重大需求。國家戰略工程方面，如制造業創新中心建設工程、智能制造工程、工業強基工程、綠色制造工程、高端裝備創新工程等均離不開新材料與新技術的突破創新。

03 新材料產業挑戰重重

不可忽視的是，我國新材料亦面臨各種問題與挑戰。李元元院士從新材料產業外部、內部、產業鏈、產學研用一體化、支撐體系等維度進行了深入分析。

他指出，我國新材料發展受到外部環境的嚴重挑戰，特別是在當前發達國家全球化產業分工優勢已不復存在的一個情況下，為確保其制造領先地位，提出了“再工業化”，其本質是“再技術化”，這將對我國智能自主制造帶來嚴重挑戰。而突破的本質，則在于發展新材料技術。

李元元院士表示，當前發達國家對中國實施“卡脖子封鎖”已成為常態，中國在高端數控機床、大飛機、航空發動機等精密設備的關鍵部件，進口依賴仍占95%，關鍵基礎材料的進口依賴占32%。另外， 95%的高端專用芯片和70%的智能終端處理器，以及大多數的存儲芯片都仍依賴進口。“這些都與關鍵材料密切相關。”

隨著國際形勢日趨復雜多變，近年來美國已開始實施“小院高墻”政策，對我國依賴進口的新材料形成更加嚴厲的“卡脖子”封鎖，如在半導體材料、顯示材料，生物醫用材料，高性能纖維、高性能膜材料，先進高分子材料等領域，都將大批新材料列入對中國嚴格限制出口的名單。

除了外部環境，我國內部工業發展也面臨“三重重任”，比如“補課工業2.0”，尚存在20%缺口，“普及工業3.0”，還有一半的任務未完成，尤其是在“示范工業4.0”前沿，還有更多的探索性工作。“三重重任”要求著力進行產業轉型升級，解決創新能力問題，緊跟工業4.0步伐，實現高質量發展。

李元元院士指出，與“三重重任”相應的新材料戰略，包括先進基礎材料，關鍵戰略材料和前沿新材料。“這三類材料都要求加快發展，為我國工業的‘三重重任’的完成提供支撐。”

同時我國新材料高質量發展面臨巨大壓力。“雙碳”目標提出后，實現碳中和留給美國的時間是50年，而中國僅僅有30年的時間，中國的碳減排目標遠遠高于美國。李元元院士認為，在短時間內要實現上述目標，需要完成4項關鍵的任務，如大力發展新能源材料，實現化工、冶金、建材工業流程的綠色化，大力發展固碳轉化材料，大力發展再生新材料等。

此外，我國新材料產業鏈問題突出，例如上游高純原材料和中游的加工輔料，都面臨嚴重的“卡脖子”問題，如碳、硫、硅、陶瓷、高端金屬、生物醫用原材料等高純原料的研制，受提

純工藝及加工裝備的限制，因此需要通過提升基礎能力、突破關鍵材料、提高裝備水平等措施加以應對。

新材料產業鏈方面，新材料企業創新主體地位仍不明確是另一大問題。他表示，長期以來中國創新的主體集中在高校和科研院所，創新要素與生產要素的融合遠遠不足，企業對研發的投入意識也不充分，以企業為主導的產、學、研、用創新平臺建設仍有待進一步加強。

在產業鏈下游方面，新材料應用集成能力也嚴重不足。例如新材料企業對下游客戶普遍缺乏應用大數據的建設，這方面與美國差距巨大；在材料與應用端一體化集成能力方面與國外存在較大差距；在材料與應用端融合集成方面，普遍缺乏“產用”平臺過渡與支持，是其中的一大短板。

李元元院士認為，當前國內新材料產、學、用一體化差距較大，比如新材料原創能力不足，在研發方面主要處于跟跑狀態，創新源動力不足；我國新材料專利成果轉化率較低，盡管中國的新材料發明專利數量已經是世界第一，但是新材料專業專利成果的轉化率僅占10%，而美國轉化率達80%，可見差距仍然巨大。

材料成果轉化作為一個系統工程，當前轉化鏈條中間存在諸多缺失的因素，所以造成轉化率較低。由于大多數的成果目前仍然依托于高校和科研院所，在成果轉化過程當中，往往要經歷一個“死亡之谷”的曲線，因此，我國新材料成果轉化率較低。

在基礎研究方面，缺乏體系化。例如，目前總體上以自由選題為主，缺乏宏觀系統整合；缺乏材料戰略大家組織重大共性科學問題研究，與美國“集團軍作戰”差距較大；此外，基礎研究的細度、縱向深度和橫向廣度均欠佳。

另外，新材料支撐體系風險巨大。

表現為，一是新材料設計軟件完全受制于國外。設計制造軟件長期依賴進口，主要是由于研發周期長，投入大，知識產權保護不足，材料與軟件開發領域缺乏技術互動與融合，也缺乏材料大數據庫的有效支撐。

二是，新材料高端檢測儀器依賴進口。高端檢測儀器作為國家高技術發展水平的重要標志，目前，絕大部分都是依賴進口。“在諾貝爾獎中，11%是因發明儀器而獲獎，72%的物理獎、81%的化學獎，依靠尖端科學儀器完成。由于我國在高端檢測儀器方面的嚴重的落后，制約著我國在上述標志性成果方面的爭取。”李元元院士表示。

三是，新材料的基礎保障能力仍較落后，在原材料、關鍵設備、材料性能集成化等系統基礎研究方面布局不足。材料工藝缺乏深度、細度上的突破。材料加工的數字化、智能化水平長期落后。

“這些都與發達國家存在較大的差距，上述問題與挑戰將伴隨著我國從制造大國向制造強國，從材料大國向材料強國轉變的過程。”李元元院士表示。

04 新一輪科技革命與經濟發展轉型帶來戰略機遇

上述挑戰，也給新材料產業的發展帶來了重大的機遇。李元元院士指出，從2011年起，我國已成為全球制造業第一大國，中國的制造業完全趕上了第4次工業革命。目前制造業的規模已經居全球首位，門類齊全，有獨立完整的現代工業體系。

他認為，新一輪科技革命與我國經濟發展轉型形成歷史交匯，將產生重大的戰略機遇。在實現從制造大國向制造強國的歷史使命中，新材料作為兩大底盤技術之一，產業發展將從價值鏈中低端向中高端邁進。

當前全球新材料競爭表現出新的特征，例如在材料的前沿研究方面，隨著原創、變革、顛覆性技術的不斷涌現，爭奪行業發展的主動權日趨激烈；在產業發展方面，隨著高新技術、高端制造和重大工程的變革，產業發展主導權成為爭奪的對象；在材料技術應用方面，產學研用融合，立足企業整體創新，是爭奪工業發展自主權的關鍵。

此外，人工智能與新材料相結合，加劇了材料高性能和智能化的競爭。“總體上我國已具備研發、制造、應用的完整材料工業體系和產業的積累。”

05 長遠未來涉及暗物質

“在新的歷史使命中，我們材料人肩負攻堅克難的主要任務，一方面，要加快解決亟待解決的關鍵問題，另一方面，對未來要解決的關鍵問題也要及早進行謀劃。”李元元院士說。

因此材料人需要堅持“四個面向”，圍繞材料的前沿研究、產業發展、技術應用等三個維度，重點提升原創、基礎、補短、集成、智能、綠色等六項能力，從而實現高新技術邁入創新型國家前列、在先進制造方面實現自主把控世界產業格局、在重大工程方面實現世界一流發展水平的目標。

在未來20年，中國新材料戰略布局主要基于產業創新、產業發展、產業升級、綠色產業、材料產業、智能產業，重點布局人工智能材料、信息技術材料、航空發動機及燃氣輪機材料、新能源材料、量子材料、高品質特殊鋼等。

未來中長期將圍繞石墨烯、量子、生物大分子和基因調控、類腦等展開戰略布局。