提升前沿新材料产业基础能力战略研究.docx

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1、提升前沿新材料产业基础能力战略研究摘要：前沿新材料是孕育战略性新兴产业和引领未来科技发展的具有优异性能和特殊功能的材料，具有战略性、先导性和颠覆性，兼具产业带动性强、附加值高的技术特征。发展前沿新材料产业意义重大，是决定高端制造和国防装备水平的关键因素。本文重点分析了面向类脑智能、人工智能、深空探测、网络安全、高效能量转化等尖端科技领域中前沿新材料产业的基础能力现状与问题。面向2025年、2035年的阶段性发展规划，从提升前沿新材料产业科技创新基础能力、支撑保障基础能力、竞争基础能力、可持续发展基础能力、基础设施建设水平以及改善产业生态环境等方面提出了我国前沿新材料产业基础能力的发展目标与发展

2、战略。为满足新一轮科技革命和产业变革对前沿新材料的需求，文章从材料基因工程提升前沿新材料产业基础能力，双循环新发展格局下前沿新材料产业布局，碳达峰与碳中和发展战略下的前沿新材料产业布局，自主可控的前沿新材料测试表征能力建设等方面提出了发展建议。一、刖B前沿新材料是孕育战略性新兴产业和引领未来科技发展的具有优异性能和特殊功能的材料，具有战略性、先导性和颠覆性，兼具产业带动性强、附加值高的技术特征。发展前沿新材料产业意义重大，是决定高端制造和国防装备水平的关键因素。类脑智能、人工智能（AI）、深空探测、网络安全、高效能量转化是前沿新材料研发和应用集中的重点领域。类脑智能领域用前沿新材料是用于实现机

3、器智能的信息处理机制类脑、认知行为表现类人、智能水平达到或超越人的材料，分为类脑智能感知材料、类脑智能功能材料、类脑功能修复材料、智能强脑前沿新材料等。AI领域用前沿新材料是为满足AI及与其交叉融合的产业发展需要而开发的新材料，具有结构多功能化、功能智能化的特点；综合性能、对环境的感知、处理及响应能力优于传统材料，分为智能高分子材料、轻质功能化金属材料、机敏复合材料等。深空探测领域用前沿新材料是使深空探测器适应外太空、行星大气层及行星地表的超低温、强辐射、高真空、零（微）重力等多种复杂服役环境的材料，分为新一代热防护烧蚀材料、热管理材料、低温润滑材料、防尘/自清洁材料、缓冲吸能材料等。网络安全

4、领域用前沿新材料是保证网络信息保密性、完整性、可用性、可控性、可审查性、安全传递的材料，分为多波段化/低维化的吸波与屏蔽材料、量子信息记忆材料等。高效能量转化领域用前沿新材料是转换效率高、安全性高、结构稳定性高、使用寿命长、成本低和环境负荷低的材料，分为光电光热材料、热电材料、压电材料、电致发光材料、化学能-电能转换材料、磁能-机械能转换材料等。整体来看，全球前沿新材料产业的发展不均衡，长期积累形成国家/地区间高科技产业、高端制造业的差异，不可避免地沿续至前沿新材料产业基础能力的形成过程，导致目前全球前沿新材料产业三级梯队的竞争格局：美国、日本、欧洲等发达国家和地区处于第一梯队，在前沿新材料的

5、研发实力、产业基础能力、市场占有率等方面具有明显优势；中国、韩国、俄罗斯处于第二梯队，正在高速发展;印度、巴西等国家处于第三梯队，正在奋力追赶。在培育前沿新材料战略性新兴产业集群行动计划等产业政策的促进下，我国前沿新材料产业的发展势头良好，但存在重大原始创新能力不足，部分关键核心技术、关键原辅材料、核心装备、高端检验检测仪器等受制于人的问题。未来需对前沿新材料产业发展进行前瞻性顶层设计，积极发挥新型举国体制优势，提升前沿新材料产业科技创新基础能力、支撑保障基础能力、竞争基础能力、可持续发展基础能力，改善前沿新材料产业生态环境。针对前沿新材料多学科交叉、创新性和颠覆性强的特征，培育交叉融合创新型

6、产业人才，将材料基因工程等前沿共性关键技术与产业发展充分结合，以此促进前沿新材料产业的跨越式发展。二、前沿新材料产业基础能力发展现状（一）类脑智能领域类脑智能领域前沿新材料作为类脑智能技术的基础，正在引领类脑智能技术的发展和新一轮的科技革命。我国类脑智能领域前沿新材料的产业基础相对薄弱，在具有知识产权的新材料、关键装备软件、重大产品与系统设计、高端人才队伍等方面严重匮乏，部分关键性原辅材料被国外垄断，产业链安全存在较大隐患。在类脑智能感知材料方面，关键原辅材料中高纯合成有机试剂有近30%的品种完全依赖进口；用于高精细光刻技术的高端光刻胶基本依赖进口。（二）人工智能领域AI产业基础与技术不断演进

7、发展,和应用交替前进、相互牵引。当前，大量科技企业瞄准了类脑芯片、量子计算芯片、智能电子器件等底层技术进行研发,AI产业链研究重心正在向基础层转移。由于科技创新能力不足，工业发展起步晚、底子薄，我国在AI领域前沿新材料产业发展过程中存在核心技术掌握不到位，中低端产能过剩与高端产品及关键材料、核心工艺等保障不足并存的问题，关键零部件、核心工艺、高性能材料等的进口比例仍然很高,被迫处于跟跑阶段。以覆铜板关键材料铜箔为例，国内在铜及铜合金轧制、铜箔表面处理等核心工艺及关键原辅材料等方面尚未建立具有自主知识产权的技术体系，产品主要供应低端市场，综合技术水平、质量稳定性、产品可靠性等与国际先进水平有较大

8、差距。（三）深空探测领域深空探测是航天事业的重要组成部分，但平台规模小、材料用量少、性能要求高、技术难度大。我国深空探测领域前沿新材料产业具有较强的能力，保障了一系列深空探测与空间科学重大任务实施。然而深空探测前沿新材料科技创新基础能力有所欠缺，核心能力处于“跟跑”阶段；玻璃纤维蜂窝填充酚醛树脂烧蚀材料、酚醛树脂浸渍碳基体烧蚀材料等热防护烧蚀材料、纳米气凝胶、智能热控涂层等热管理材料均由发达国家率先提出，仅有超疏防尘材料等少数材料由我国科学家推动发展。关键材料的性能和产能有待提高，如空间结构广泛应用的高强高模、超高模量碳纤维亟需突破关键技术指标并建立自主生产能力。国内深空探测前沿新材料的研究与

9、开发主要以科研院所、高校、国有航天企业为主，市场化运作机制长期欠缺，没有形成规模化产业。（四）网络安全领域网络安全事关经济社会发展和国家安全。我国网络安全领域前沿新材料产业的基础设施比较完善，为相关材料研发提供了有力支持。一些核心技术如第五代移动通信（5G）、量子通信走在世界前列，但涉及的关键材料、零部件等仍依赖进口，制约了相关技术的应用和推广。网络安全前沿新材料科技创新基础能力欠缺，自研产品较难满足滤波、吸波、屏蔽材料应用所提出的“薄、宽、轻、强”综合要求。相关领域人才规模不足，企业参与度不够，产业竞争能力较弱。（五）高效能量转化领域高效能源转换材料是建设重大工程、研制国防装备、构建节能环保

10、社会的重要支撑和基础保障。以光热材料、热电材料、电池材料为代表的高效能源转换材料，产能逐年增加，产业规模和市场占有率不断扩大,部分核心技术取得了实质性突破，技术指标得到大幅提升；但因起步较晚、底子薄，在核心技术、创新能力、关键产品、产业规模、重大装备等方面仍存在明显短板，与国际先进水平存在较大差距。资金、创新资源、政策等方面的支持比较分散，产业链上、下游尚未形成协同创新模式，同时科研机构与企业“产学研用脱节，导致国产高效能量转化领域材料主要为中低端产品，难以融入全球新材料供应体系。关键零部件、核心工艺、基础材料等较高比例依赖进口，制约了前沿新材料的研发和应用。高效能源转换新材料的标准、计量、管

11、理不健全的问题没有得到根本解决，影响了管理部门和企业对产业发展态势的准确判断，不利于合理出台扶持措施、精准安排发展重点。三、前沿新材料产业基础能力分析智能高分子材料、轻质高强及高功能金属材料、新型无机非金属材料、多功能复合材料等，将支撑类脑智能、AI、深空探测、网络安全、高效能量转化领域未来发展。原辅材料供应、基础工艺制造水平、产业关键核心技术、核心基础装备水平、关键基础零部件/元器件、基础检验检测仪器、基础工业软件等产业基础能力是前沿新材料发展的重要保障。重点前沿新材料产业涉及近30种主要原辅材料，石墨烯、丙烯月青、稀土矿、钛铁矿、锂电池负极材料、卤素钙钛矿、稀土金属及氧化物、锢、钱、硒等自

12、主可控（即90%以上可自主保障），生物感知凝胶、酚醛树脂、光卤石等安全可控（即70%以上可自主保障），铝土矿等对外依赖度大（即50%以上依赖进口），光刻胶、晶圆、电子特气、光掩膜、湿电子化学品、高纯铁氧体、高纯金属微粒、锂、银、钻、发光二极管（LED）外延片及芯片、材料数据库等对外依赖度极大（即80%以上依赖进口）。在重点前沿新材料的主要基础制造工艺中，激光刻蚀、高效低成本金属熔体增材制造、铸造、塑性加工成形、金属层状复合材料短流程制备加工、耐烧蚀热防护材料制造及数据挖掘等达到了国际先进水平，但第三代碳纤维复合材料制造、光刻、锂离子电池生产、热电材料制备等与国际先进水平仍有差距。未来，需要进一

13、步突破激光刻蚀自动化精准化、连续金属液流控制与随形快冷、大规格铸锭成分均匀性控制、轻合金型材精密挤压、高界面结合强度宽幅金属复合薄板制备加工、针对前沿新材料的数据挖掘等技术，保持或扩大领先优势；在发展水平滞后的细分方向，需要打破关键核心技术封锁，提高自身研发能力，实现关键设备、原料、核心技术的持续自主创新。在重点前沿新材料产业关键核心技术中，中国铝业股份有限公司、清华大学、北京航空材料研究院分别在铝电解技术、类脑计算、钛合金精密铸造方面达到了国际先进水平；南大光电材料股份有限公司、华为技术有限公司、中芯国际集成电路制造有限公司、长电科技股份有限公司、亚联高科股份有限公司、杉杉能源有限公司、北京

14、科技大学、中国科学院金属研究所分别在光刻机核心技术、芯片设计制造、高端芯片封装技术与装备、LED外延材料、锂电池材料制备技术、制氢与储氢技术、材料基因工程前沿共性技术、智能制造技术方面处于国内优势地位，但与国际先进水平仍有差距。当前，全球围绕重点前沿新材料产业关键核心技术主导权的竞争日趋激烈，我国加大关键核心技术的研发投入，是提升产业关键核心技术、推动产业迈向高端水平的必然选择。在重点前沿新材料产业核心基础装备中，面光源制造设备、智能制造设备达到了国际先进水平，但大型及精密锻造设备、多晶硅提纯设备、燃料电池检测设备等与国际先进水平仍有差距（见表1） O表1 产业核心基础装备水平核心基础装备自主

15、国产装备与进口装备的保障情况 主要差距面光源制造设备、智 国产为主能制造设备铸锭炉、切方机、多线切割机、扩散炉轧制、挤压设备电芯激活化成、分容检测以及组装等设备、电池检测仪、划片机、串焊机、层压机大型及精密锻造设备多晶硅提纯设备电解槽、车载氢罐、氢气压缩机、加氢机、燃料电池检测设备、氢气检测仪进口为主效率、精度和稳定性等存在明显差距12,13国产装备精度较低14效率、精度和稳定性等存在明显差距15精度低、故障率高16生产技术、产品纯度等存在差距17制氢效率和储氢密度、检测标准等存在明显差距18在重点前沿新材料产业关键基础零部件/元器件中，类脑计算硬件平台、激光反射薄膜等达了国际先进水平，但光刻机光源、光刻机镜头、脑机接口、高性能滤波器、掩膜版等与国际先进水平仍有差距（见表2） o表2产业关键基础零部件/元器件情况