范德增

1 當(dāng)今全球新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)

新材料是現(xiàn)代工業(yè)的先導(dǎo)，已成為當(dāng)今世界各國必爭的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有知識(shí)密集、技術(shù)密集、資金密集的特點(diǎn)，其研發(fā)水平和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模已成為衡量一個(gè)國家科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國防實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。2020年5月12日，習(xí)近平總書記在陜西考察時(shí)指出：“大力加強(qiáng)科技創(chuàng)新，在新基建、新技術(shù)、新材料、新裝備、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)上不斷取得突破”，將新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升到新的戰(zhàn)略高度。

在新一輪新科技革命和全球產(chǎn)業(yè)變革孕育興起之時(shí)，新材料技術(shù)與新一代信息技術(shù)、新能源技術(shù)、智能制造技術(shù)、生物技術(shù)等一道發(fā)生了以綠色、智能、泛在為特征的技術(shù)革命，在產(chǎn)業(yè)形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組織方式等方面發(fā)生演變，催生和推進(jìn)新生產(chǎn)業(yè)，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和競爭格局產(chǎn)生重大影響，呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)。

1.1 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地區(qū)差異日益明顯，發(fā)達(dá)國家不斷加大對(duì)高端新材料技術(shù)的壟斷

2019年，全球新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2.82萬億美元，平均以10%以上的速度增長。伴隨高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和制造業(yè)升級(jí)，新材料需求更加旺盛。世界主要經(jīng)濟(jì)體積極制定新材料發(fā)展戰(zhàn)略，布局推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

縱觀全球，歐美和日韓在材料領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先地位，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也各有所長。美國作為經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展強(qiáng)國，其材料領(lǐng)域全面發(fā)展、領(lǐng)跑國際，自奧巴馬政府以來，美國在國家層面上對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出包括材料基因組計(jì)劃、先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃等多項(xiàng)計(jì)劃，加之美國經(jīng)過多年的積累所培育的眾多材料產(chǎn)業(yè)巨頭和國際頂尖的科研機(jī)構(gòu)等優(yōu)勢，使美國在新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域在全球全面領(lǐng)先。緊跟其后的是不可忽略的科技強(qiáng)國——日本，得益于強(qiáng)大的材料科技基礎(chǔ)，日本在全球高技術(shù)領(lǐng)域有著舉足輕重的地位，特別是在電子信息材料、納米材料、半導(dǎo)體材料、碳纖維復(fù)合材料、特種鋼等領(lǐng)域。韓國作為新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)的一大優(yōu)秀成員實(shí)力不容小覷，韓國發(fā)展新材料技術(shù)秉承“先驅(qū)者而非追隨者”的理念，依托強(qiáng)大的科研團(tuán)隊(duì)及諸如三星、LG等制造業(yè)巨頭，在顯示材料、存儲(chǔ)材料、石墨烯材料等領(lǐng)域保持著優(yōu)勢地位。此外，歐洲在化工新材料領(lǐng)域一直占據(jù)較大的市場份額，在結(jié)構(gòu)材料、高性能聚合物、半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域保有優(yōu)勢（見表1和表2）。

《2018中國制造強(qiáng)國發(fā)展指數(shù)報(bào)告》顯示，中國尚處于第3陣營前列。我國材料行業(yè)存在眾多不足，與發(fā)達(dá)國家相比存在一定差距，具體體現(xiàn)在：基礎(chǔ)原材料整體技術(shù)水平不高，物耗能耗排放高；核心技術(shù)、工藝及裝備依賴進(jìn)口或者受制于國外；配套與工程化能力較弱，高端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化程度低；國家重大工程和國防建設(shè)部分新材料受制于人；產(chǎn)業(yè)競爭力不強(qiáng)，利潤率低，部分行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。

1.2 “逆全球化”“冷戰(zhàn)思維”影響下，關(guān)鍵材料日益成為國家間競爭的新手段

1991年，隨著蘇聯(lián)解體，西方國家用以限制社會(huì)主義國家發(fā)展而成立于1949年的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)（簡稱“巴統(tǒng)”）失去了存在價(jià)值，于1994年解體。我國在享受了短暫進(jìn)口窗口期后，以美國為首的33個(gè)成員國于1996年成立了“瓦森納協(xié)定”組織，目前成員國發(fā)展到42個(gè)。從1996年11月1日起，“瓦森納協(xié)定”組織內(nèi)各成員國實(shí)施新的控制清單和信息交換規(guī)則，包括覆蓋先進(jìn)材料、材料處理、電子器件、計(jì)算機(jī)、電信與信息安全、傳感與激光、導(dǎo)航與航空電子儀器、船舶與海事設(shè)備、推進(jìn)系統(tǒng)等9大類商品和技術(shù)清單和覆蓋各類武器彈藥、設(shè)備及作戰(zhàn)平臺(tái)等共22類的軍品清單。2008年金觸危機(jī)以來，發(fā)達(dá)國家紛紛啟動(dòng)“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，將新材料作為回歸實(shí)體經(jīng)濟(jì)、搶占新一輪國際科技經(jīng)濟(jì)競爭制高點(diǎn)的重要基礎(chǔ)。

2018年以來，美國挑起對(duì)華貿(mào)易戰(zhàn)。從實(shí)體清單發(fā)展到中興事件、華為事件，警示我國因關(guān)鍵材料斷供出現(xiàn)停擺風(fēng)險(xiǎn)。從本質(zhì)上看，在美國無法利用戰(zhàn)爭、顏色革命、金融戰(zhàn)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)封鎖等手段情況下，對(duì)我國采取增加高額關(guān)稅、禁運(yùn)關(guān)鍵材料和基礎(chǔ)元器件等手段，從根基上癱瘓我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，遏制中國的崛起步伐。以半導(dǎo)體晶圓制造的關(guān)鍵設(shè)備光刻機(jī)為例，在臺(tái)積電和三星已經(jīng)生產(chǎn)5nm芯片情況下，內(nèi)地企業(yè)尚不能進(jìn)口荷蘭ASML公司加工精度高于65nm的設(shè)備。

2019年，因二戰(zhàn)勞工問題引發(fā)的日韓政治爭端，日本利用高純氟化氫、光刻膠和氟聚酰亞胺3種基礎(chǔ)材料對(duì)韓國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)予以沉重打擊，開啟材料解決國際政治爭端的先河。

1.3 交叉融合創(chuàng)新加速，研發(fā)模式加快轉(zhuǎn)變

基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)技術(shù)結(jié)合更加緊密，學(xué)科界限更加模糊，多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合已成為材料性能提升和新材料創(chuàng)制的重要力量；材料基因工程、集成材料計(jì)算學(xué)等材料設(shè)計(jì)新方法和增材制造等新技術(shù)正深刻改變材料研發(fā)模式；發(fā)達(dá)國家正在從研發(fā)平臺(tái)、產(chǎn)業(yè)培育、國際交流與合作、人才培養(yǎng)等方面持續(xù)強(qiáng)化新材料創(chuàng)新支撐體系。

2012年美國啟動(dòng)了國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI，現(xiàn)在的ManufactureUSA），以推動(dòng)先進(jìn)制造技術(shù)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。該網(wǎng)絡(luò)擬建立45個(gè)創(chuàng)新中心，現(xiàn)已建成14家。美國制造業(yè)前瞻聯(lián)盟（MForesight）2018年4月和9月先后發(fā)布主題為超材料和高熵合金的“通向工業(yè)競爭之路”系列報(bào)告，建議推動(dòng)該領(lǐng)域研究與轉(zhuǎn)化并建立國家測試中心及中央數(shù)據(jù)庫。

1.4 材料性能極限化，服役環(huán)境極端化

現(xiàn)階段，材料技術(shù)向高性能極限化、微納化、復(fù)合化和集成化發(fā)展，制造技術(shù)向全流程綠色化智能化、全球化、集聚化發(fā)展。以半導(dǎo)體行業(yè)為例，臺(tái)積電于2019年底實(shí)現(xiàn)了5nm芯片量產(chǎn)，并宣布向3nm、1nm，甚至宣布2050年實(shí)現(xiàn)0.1nm的開發(fā)計(jì)劃。三星采取全新的GAA（Gate—All—Around，環(huán)繞式柵極技術(shù)）技術(shù)路線替代Fin FET（Fin Field—Effect Transistor，鰭式場效應(yīng)晶體管），向3nm、2nm邁進(jìn)。未來半導(dǎo)體工業(yè)可能從“硅時(shí)代”進(jìn)入“碳時(shí)代”，拓?fù)浣^緣體、二維超導(dǎo)材料等將實(shí)現(xiàn)全新的邏輯、存儲(chǔ)及互聯(lián)概念和器件。2020年5月北京大學(xué)、張志勇、彭練矛等在《科學(xué)》（Science）刊文，發(fā)展全新的提純和自組裝方法，制備高密度高純半導(dǎo)體陣列碳納米管材料，首次實(shí)現(xiàn)了性能超越同等柵長硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的晶體管和電路，展現(xiàn)出碳管電子學(xué)的優(yōu)勢。

1.5 全生命周期綠色化，資源能源高效利用

可持續(xù)發(fā)展理念根植于材料發(fā)展的各個(gè)方面，礦產(chǎn)資源，特別是戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源對(duì)新材料可持續(xù)發(fā)展的重要性得到空前重視。材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加突出環(huán)境友好、成分簡約、一材多用、循環(huán)利用等?；诳绯叨炔牧辖M織結(jié)構(gòu)調(diào)控的材料素化概念、戰(zhàn)略金屬元素替代與減量化應(yīng)用、礦產(chǎn)材料高性能再造可能成為支撐材料可持續(xù)發(fā)展的新模式。

2 逆全球化環(huán)境下我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應(yīng)對(duì)措施

改革開放40多年來，我國新材料產(chǎn)業(yè)取得舉世矚目的成就，成為名副其實(shí)的“材料大國”，建成全球門類最全、規(guī)模第一的材料產(chǎn)業(yè)體系，初步形成了較為完整的新材料創(chuàng)新體系和科技計(jì)劃體系，新材料科技創(chuàng)新能力迅速提升，科技貢獻(xiàn)度日益增強(qiáng)。新材料對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和軍事國防關(guān)鍵領(lǐng)域起到支撐保障作用。進(jìn)入新世紀(jì)以來，國家層面發(fā)展規(guī)劃陸續(xù)出臺(tái)，“十三五”期間新材料相關(guān)的發(fā)展計(jì)劃詳見表3所示。

我國研究與試驗(yàn)發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)繼續(xù)保持穩(wěn)定增長的態(tài)勢。2018 年R&D經(jīng)費(fèi)投入強(qiáng)度為2.14%，比2017年提高了0.02個(gè)百分點(diǎn)，R&D經(jīng)費(fèi)總量接近2萬億元，僅次于美國居世界第2位。其中，企業(yè)R&D經(jīng)費(fèi)投入為主體，占全社會(huì)R&D經(jīng)費(fèi)的77.4%。新材料行業(yè)發(fā)展不但得到了國家的支持，民間資本也大量涌入。2019年我國新材料行業(yè)投資數(shù)量為59起，投資規(guī)模達(dá)到89.87億元。2019年我國新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)4.5萬億元。

然而，基礎(chǔ)研究方面“引領(lǐng)發(fā)展能力不足，難以搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)”的問題突出。2018年我國的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)為1090.4億元，應(yīng)用研究經(jīng)費(fèi)為2190.9億元，試驗(yàn)發(fā)展經(jīng)費(fèi)為16 396.7億元，占R&D經(jīng)費(fèi)比重分別為5.5%、11.1%和83.3%。而美國2015年基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)比重為16.9%；美國企業(yè)對(duì)基礎(chǔ)研究重視程度提升，基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)支出占研發(fā)總經(jīng)費(fèi)的比例由2011年的4.4%上升到2014年的 6.4%。

分析梳理發(fā)現(xiàn)，我國在運(yùn)載工具、能源動(dòng)力、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、國防軍工等5大領(lǐng)域347種關(guān)鍵材料，被國外禁運(yùn)61種，進(jìn)口依賴156種；2018年4—7月《科技日?qǐng)?bào)》發(fā)表文章列舉了35項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)；2019年中國工程院對(duì)26類有代表性的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)開展產(chǎn)業(yè)鏈安全性評(píng)估，其中6類產(chǎn)業(yè)自主可控、10類產(chǎn)業(yè)安全可控、2類產(chǎn)業(yè)對(duì)外依賴度高、8類產(chǎn)業(yè)對(duì)外依賴度極高。

在中美貿(mào)易戰(zhàn)大環(huán)境下，在周邊國家“圍追堵截”和自身可持續(xù)發(fā)展的新形勢下，面向建設(shè)“材料強(qiáng)國”目標(biāo)，提升自主創(chuàng)新能力，掌握核心技術(shù)，提質(zhì)增效，推行新材料產(chǎn)業(yè)邁向價(jià)值鏈中高端，實(shí)現(xiàn)“突破瓶頸”“搶占先機(jī)”“自主可控”。我國正在邁入由跟蹤仿制到原創(chuàng)引領(lǐng)的關(guān)鍵戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折期。

現(xiàn)階段新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路概括為：

①前沿交叉。加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和前沿交叉研究，創(chuàng)新材料新原理和顛覆性新技術(shù)，提升國家新材料科技創(chuàng)新能力?；A(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)穩(wěn)定性支持的機(jī)制有待完善，科研評(píng)價(jià)機(jī)制和創(chuàng)新環(huán)境有待進(jìn)一步改善。

②核心關(guān)鍵。習(xí)近平總書記深刻指出，“在別人的墻基上砌房子，再大再漂亮也可能經(jīng)不起風(fēng)雨，甚至?xí)豢耙粨?。”深化機(jī)理研究，構(gòu)建創(chuàng)新基地平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域核心技術(shù)自主可控，徹底解決“卡脖子”問題和“受制于人”的制約局面。

③模式創(chuàng)新。發(fā)展技術(shù)產(chǎn)品全生命周期為主線，以數(shù)字化研發(fā)與先進(jìn)制造模式相結(jié)合的“綠色、智能、健康、可持續(xù)”的產(chǎn)業(yè)鏈模式，激發(fā)科研人員、企業(yè)和社會(huì)的創(chuàng)新和投資積極性，充分體現(xiàn)知識(shí)參與價(jià)值創(chuàng)造和分配。

④緊抓機(jī)遇。“新基建”是我國面向未來、加快數(shù)字中國建設(shè)的前瞻性布局。研究主體應(yīng)充分利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的創(chuàng)新鏈資源優(yōu)勢和數(shù)字化研發(fā)手段，制造業(yè)企業(yè)通過工業(yè)全要素、全價(jià)值鏈和全產(chǎn)業(yè)鏈的連接、解耦和重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)成本、質(zhì)量、效益的優(yōu)化和新技術(shù)、新產(chǎn)品、商業(yè)新模式的培育，提高精細(xì)化運(yùn)營和精益化管理水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合、科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)相互促進(jìn)。

⑤自主可控。當(dāng)今世界正面臨百年未有之大變局，全球競爭格局正在發(fā)生深刻變革；新一輪科技革命與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型交匯、疊加。新一代信息技術(shù)與新材料是支撐現(xiàn)代制造業(yè)的兩大“底盤技術(shù)”，新材料產(chǎn)業(yè)必須堅(jiān)持走自主創(chuàng)新發(fā)展道路，補(bǔ)齊短板，解決瓶頸和卡脖子問題。健全產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)保鏈、固鏈、強(qiáng)鏈。部分已經(jīng)進(jìn)入“無人區(qū)”的技術(shù)領(lǐng)域，正如任正非所說的“迷航”，應(yīng)該勇于探索，形成我國真正的核心競爭優(yōu)勢。

3 結(jié)語

“十四五”期間，我國應(yīng)以實(shí)現(xiàn)重大領(lǐng)域跨越發(fā)展和科技創(chuàng)新支撐引領(lǐng)發(fā)展動(dòng)力轉(zhuǎn)換為重點(diǎn)，集聚世界頂尖人才，夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，深化體制改革，激發(fā)創(chuàng)新主體潛能，提升創(chuàng)新體系效能，全面實(shí)現(xiàn)中國制造2025目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)從“材料大國”向“材料強(qiáng)國”的邁進(jìn)，以及從“中國制造”到“中國智造”的跨越。