发展篇

第一章 全球新材料产业发展回顾

第一节 全球新材料产业发展情况

一、全球新材料产业发展现状

（一）产业规模逐步扩大，地区差异逐渐明显

总体来看，全球新材料市场规模不断壮大。2004年全球新材料市场规模约为0.3万亿美元，2020年达到约3.1万亿美元。2020年增速近10%，个别年份增速超过30%。随着新一代信息技术的快速发展、制造业需求的不断扩大，新材料市场将持续增长，由新材料带动的新产品、新技术的市场规模将扩大[1]（见图1-1）。

不同国家和地区间新材料产业差距较大。长期以来，欧、美、日等发达经济体占据全球新材料产业发展的领先地位，凭借大型跨国公司在新材料核心技术、研发能力等方面占据的绝对优势，形成了全球新材料市场的垄断地位。其次是韩国、俄罗斯，属于第二梯队。发展中国家除巴西、中国、印度等少数国家之外，新材料产业总体比较落后。目前，北美和欧洲是全球最大的新材料市场，且相对比较成熟，亚太地区尤其是中国的新材料市场正处于快速增长期，全球新材料市场的重心逐步向亚太地区转移。随着以新一代信息技术、3D打印、新能源、智能制造等新一轮科技革命和产业革命的快速发展，全球技术要素和市场要素配置方式将发生革命性变化，为新材料产业发展注入新的活力。

（二）产业一体化发展进程加快加剧，集约化、集群化趋势明显

新材料产业上下游之间融合速度加快。新材料产业结构横向扩散，新材料与基础材料结合更加紧密。例如，钢铁、化工、有色金属等基础材料企业通过技术创新、产品性能优化和升级换代向新材料领域拓展，成为全球著名新材料企业。新材料产业上下游垂直扩散，形成完整的产业链。例如，随着器件微型化、集成化发展，新材料技术与器件一体化趋势日益明显，新材料产业与上下游产业之间、材料开发与装备之间相互合作与融合更加紧密，材料利用效率大幅提高，研发与市场风险有所降低，各种应用需求逐渐被满足，形成了上下游紧密联系的产业链和产业生态系统。

随着全球经济一体化发展，新材料产业呈现集约化、集群化和高效化发展态势。目前，全球形成了以拜耳、杜邦、陶氏化学、GE塑料、日本帝人、韩国LG等为代表的大型跨国新材料企业，占据高端新材料产品市场。依托这些企业和其在全球各地的生产基地，形成了若干有影响力的新材料产业集聚区。此外，新材料产业横向、纵向扩展，上下游产业进一步整合，产业链逐渐完善，多学科交叉融合进一步增强，上下游联合进行产品开发与应用的要求越来越强烈，新材料上下游产业逐渐集群化发展，形成大型产业基地。

（三）交叉融合创新加速和研发模式不断转变，创新成果转化速度加快

现代科技高速发展趋势和可持续发展要求不断推动新材料技术发展，新材料创新速度加快，新材料开发与应用规模逐步扩大。从铁器时代到钢时代、硅时代，新技术、新材料的研发与应用速度逐渐缩短。特别是到了碳时代，随着超级计算机、大数据、人工智能、量子计算等信息技术的快速发展，新材料研发过程发生转变。材料基因组、量子化学等方法为新材料研发提供海量结构化数据，人工智能技术从海量数据中迅速找到因果关系。这些技术的应用，使得新材料的研发周期大幅缩短，制备成本显著下降[2]。

为推进新材料研究成果的推广和应用，提高研发的投资效益，加速新材料产业以及下游产业链协同发展，世界各国纷纷将加速新材料研究成果转化和产业化列为扶植新材料产业发展的政策重点之一。美国技术转让条例规定，国家实验室可以用自己的研究经费与工业界合作开展新材料研发工作。加拿大的工业研究援助计划承诺，国家实验室开发的新材料技术转让给工业界的部分费用可以由其负担。此外，很多国家积极建立和完善新材料产业基础设施，建立新材料知识库、数据库和系统网络，推动新材料研发成果向生产力转化。

（四）跨国企业占据主导地位，中小企业构成创新主体

美、日、欧盟等发达国家和地区长期以来形成了一些大型跨国公司，对新材料产业发展起着重要推动作用。这些企业规模大、研发能力强、研究成果转化快、产业链完善，通过战略联盟、大量的研发投入、产业技术及市场标准制定并控制知识产权等方式，在全球新材料发展中形成垄断地位。如美国赫氏、德国西格里、日本三菱三家企业占据了全球大丝束碳纤维市场份额的98%左右；日本信越化学（Shin-Etsu Chemical）、日本胜高（SUMCO）、中国台湾环球晶圆、德国世创电子（Silitronic AG）、韩国SK Siltron五家企业占全球12寸晶圆产量的90%以上；美国尤尼明（Unimin）几乎垄断着国际市场上4N8及以上高端石英砂产品；美铝、德铝、法铝等在高强高韧铝合金材料的研发和生产领域处于世界主导地位。

中小企业是创新主体，在技术创新中具有独特优势。从国内外经验来看，由于中小企业的技术创新大都是由市场需求推动，且中小企业机制灵活，所以中小企业技术创新成功率和市场转化率较高。在美国，50%～60%的科技进步由中小企业完成，超过80%的新开发技术由中小企业投入生产；在我国，65%的国内发明专利由中小企业申请，80%的新产品由中小企业创造。我国有大量中小新材料企业，在电子信息材料、3D打印材料、石墨烯、生物材料等领域技术创新优势突出，成为推动新材料技术创新的主要力量。

二、全球新材料产业发展特点

（一）政府在材料的基础研究与应用中起到关键作用

新材料是材料工业发展的先导，对于保障国家重大工程建设和国防安全，带动传统产业转型升级，构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。因此，各国都高度重视新材料产业发展，重点加强基础研究，支持高起点、高水准的基础理论研究。各国根据自己的特点及优势，制订相关新材料计划，从软件和硬件两个方面保证新材料研发和应用的高效运作。例如，美国的《关键材料战略》《材料基因组计划》《先进制造业国家战略计划》；日本的《新增长战略》《信息技术发展计划》；欧盟则重点支持光电材料、纳米材料、超导材料、生物医学材料、复合材料、磁性材料以及催化材料的发展，并保持领先地位。巴西、印度、俄罗斯等也积极抢占新材料发展先机，在新能源材料、节能环保材料、医疗和健康材料、纳米材料、生物材料、信息材料等新材料领域制订专门计划。

（二）新技术对新材料产业推动作用加快

最初，新材料发展的驱动力主要来自国防和战争的需求、核能利用和航空航天技术的发展。后来，科学技术的快速进步，能源、健康、信息、交通和环保等产业的迅速发展，以及智能社会的发展都对新材料提出了巨大需求。特别是大数据、云计算、物联网、增材制造等具有革命性意义的技术的应用，极大地提高了新材料的研发和生产效率，缩短了研发和生产周期，降低了成本，提高了产品性能的稳定性和一致性，推动了新材料产业的快速发展。

（三）功能材料、智能材料成为发展主流

随着大数据、云计算、物联网、人工智能、5G等新技术的发展，以及与之相关的无人驾驶汽车、无人机等新产品的发展，信息材料、生物材料、结构/功能一体化材料、智能材料等发展加速，成为新材料发展的主流方向。例如，为提升材料性能，功能材料向微型化、多功能化、模块集成化、智能化等方向发展；纳米材料与先进制造技术融合，开发出体积更小、集成度更高、智能化更高、性能更优异的产品。

（四）绿色、低碳发展备受关注

资源环境和人类健康问题一直是困扰全世界发展的难题。新材料凭借其在节约资源、改善生态环境及满足大众需求升级等方面的重要作用，越来越受到青睐。世界各国都将绿色、低碳的新材料技术及产业化作为发展方向，注重新材料与资源、环境和能源的协调发展，推进与可持续发展密切相关的新材料的开发与应用。例如，新能源产业发展拉动风机制造、光伏组件、新能源材料等产业发展，促进智能电网、电动汽车等产品的生产和应用。目前，欧洲80%的中空玻璃使用LOW-E玻璃（低辐射玻璃），美国LOW-E玻璃的普及率高达82%。

第二节 主要国家和地区发展回顾

一、美国，全球新材料的领跑者

美国的新材料产业处于全球领先地位，从研发实力、生产规模到产业化应用都走在世界前列，新材料综合实力全球第一。美国新材料产业主要分布在五大湖地区和太平洋沿岸地区，拥有杜邦、道康宁、陶氏化学等全球领先的新材料企业。历届美国总统都很重视发展新材料，制定了相关的或者专门的政策引导产业发展，并给予大力的财政支持。

“冷战”时期，美国重点研发与国防相关的航空航天、计算机和信息技术、生物技术，由此带动空间材料、电子信息材料的迅速发展。“冷战”结束后，美国的钢铁、汽车、消费电子等产业受到日本、欧洲的挑战，竞争优势逐渐缩小，迫使美国开始反思并调整科技政策，由军用为主转向军民结合技术。

克林顿时期，大力支持民用工业技术的创新发展，先后发布了包括先进汽车材料计划、未来工业材料计划、国家纳米技术计划等一系列重大科技创新计划，强调优先把生物技术、特种材料、新能源等作为重点领域加以扶持，其中美国国家纳米技术计划是一项中长期计划，有多个部门和机构参与，每年都会获得经费支持。

小布什时期，美国科技政策发生了较大转变，对科技的支持力度弱于克林顿时期，研发重点也转向了国防领域，发展重点是生物技术、纳米技术和氢能源技术，出台了《21世纪纳米技术研究开发法案》，授权设立一项永久性的国家纳米技术研究计划[3]。

奥巴马时期，为重塑和加强制造业竞争优势，巩固制造业在美国经济的核心地位，一改小布什时期的保守科技政策，注重科技成果的商业化以及新市场的开拓与革新，加强基础性和前沿性技术研究，先后推出了材料基因组计划、材料基因组战略规划、国家纳米计划（2012、2014）等战略规划[4]，并成立了关键材料中心，以及轻质材料、先进复合材料制造创新研究所等制造业创新中心。

特朗普时期，延续前任支持新材料发展政策，于2017年出台了美国电子复兴计划，重点支持采用新方法来研究微系统的材料、设计和架构等。2018年出台关键矿物清单，从材料向上游原料延伸，保障关键矿物供应安全。

二、欧盟，塑造竞争新优势

欧盟在航空航天等某些新材料领域保持世界领先地位。为保持新材料领先地位，欧盟重视制定新材料发展战略，这体现在欧盟实施的一系列研究与技术开发计划（简称“框架计划”，FP）中。自1984年至2013年，欧盟共实施了7个框架计划。第7个框架计划提出发展纳米科技、材料与新生产技术领域，同时还发布了为期3年的石墨烯基纳米电子器件联合研究项目。框架计划到期后，欧盟实施了“地平线2020”计划，提出发展先进材料；发布了石墨烯旗舰计划和科技路线图，大力发展石墨烯；公布了“欧洲冶金计划”，重点发展新型金属及其制造技术。

三、英国，利用材料技术实现可持续发展

英国的新材料技术一直处于世界领先水平，英国新材料科技发展战略是利用世界顶级材料技术加强可持续发展。

1993年，英国政府发表了题为《实现我们的潜能》的白皮书，对未来5至10年的重要科技发展前景做出预测。1994—1999年，通过第一轮预见计划的实施，英国确定了包括信息技术、电子通信、自然与环境、新化合物、新能源等在内的16个优先发展领域。英国之后发布的新材料相关计划有《纳米技术战略（2009—2012年）》《先进材料战略（2009—2012年）》《先进制造业一揽子政策》《英国复合材料战略》《促进增长的创新与发展战略》《英国工业2050新战略》等。

四、日本，注重材料与资源环境的协调性

日本一直重视发展新材料，新材料研发注重实用性，并强调材料与环境、资源和能源的协调性。日本早些时候的创新以增量创新为主，后加大原始创新的投入，力图保持新材料的国际竞争力，在尖端领域赶超欧美。

早在20世纪80年代，日本便确立了科学技术立国战略，新材料技术被排在八大基础性和先导性科学技术的首位。之后陆续提出的《高技术产业的基础研究计划方案》《有机硅材料研究开发基本计划》《新的“科学技术政策大纲”》《超级钢材料计划》《日本产业结构展望2010》《科技创新综合战略2015》等计划中，都涉及新材料。到目前为止，日本共提出了五期国家科学技术基本计划，都将新材料列为发展的重点。2016年出台的《第五期科学技术基本计划（2016—2020年）》，指出要开发综合型材料开发系统、纳米技术和材料等。

五、其他国家

（一）韩国，力争成为世界新材料科技产业强国

韩国政府历来都高度重视新材料产业的发展，其发展目标是：力争成为继美国、日本、德国之后的世界新材料产业第四强国。在国家规划中将新材料作为提高国家竞争力和科技发展的核心技术与方向，如《尖端产业发展五年计划》、“G7工程”（也被称为“先导技术开发事业”）、《韩国科技发展长远规划2025年构想》、《绿色增长国家战略及五年行动计划》和《新增长动力规划及发展战略》等。同时，还针对材料的重点领域制订了专项计划，如纳米科技推广计划、纳米技术融合2020计划、第二期国家纳米技术路线图（2014—2025年）、先导技术开发计划、生物工程科学发展计划、原子能开发计划等[5]。2011年11月，韩国知识经济部出台了以培育材料产业为核心的《材料·零件，展望未来2030》，重点支持包括智能钢、碳纳米复合材料、高性能可充电电池材料等在内的“十大核心材料产业”。

（二）俄罗斯，金属材料和与航空航天及国防相关的新材料优势明显

俄罗斯在发展新材料产业方面的战略是一方面继续保持在航空航天材料、能源材料、金属材料、化工材料、超导材料、聚合材料等领域的世界领先优势，另一方面着力发展电子信息材料等对国民经济发展、国防安全有重要影响的新材料领域。

2001年9月俄联邦批准了根据科技发展优先方向制定的《2002—2006年联邦专项科技研究与开发纲要》，新材料与化学工艺成为9个优先发展方向之一，并列出发展新材料的关键技术，包括陶瓷和玻璃材料，膜技术，特种性能的金属和合金，重要战略原料的评估、综合开采和深加工技术，聚合材料和复合材料，超硬合成材料，超导技术，微型冶金生产技术模型。2007年批准了《2008—2010年发展纳米基础设施联邦专项计划》，2008年将该计划延长至2011年。2012年4月发布的《2030年前材料与技术发展战略》提出了18个重点材料发展领域，其中包括智能材料、金属间化合物、纳米材料及涂层、单晶耐热超级合金、含铌复合材料等，同时还制定了新材料下游主要应用企业的发展战略。2014年，《俄罗斯联邦至2030年科技发展预测》分布，新材料与纳米技术成为7个科技优先发展方向之一。

（三）印度，试图在新领域实现弯道超车

发展高新技术是印度历届政府的一贯立场。1958年的《科学政策决议》、1983年的《技术政策声明》和2003年的《科技技术政策》不仅体现了印度政府发展高新科技的战略性决策，也代表政府在不同时期发展高新科技的战略目标。印度特别重视信息技术、生物技术和材料科学技术等关键技术，在气候变化国家行动计划、国家太阳能计划、“十二五”规划（2012—2017），“2013科学、技术与创新政策”中都提到了发展新材料[6]。2014年8月，印度科学和技术部发布了IMPRINT（Impacting Research Innovation and Technology）关键技术路线图计划。印度顶级教育及研发机构印度理工学院与印度科学院通力合作，在先进材料等十个关键领域制定未来研发路线图，以解决印度目前社会经济发展面临的瓶颈。

（执笔人：曾昆）

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[1] 中国新材料产业技术创新战略联盟秘书处.全球新材料未来发展重点分析.中国科技产业，2015（08）

[2] 李强，周少雄，曾宏.全球新材料产业发展态势.中国经济报告，2018（07）

[3] 蔡柏奇，曾昆.美国新材料产业科技政策演变及启示.新材料产业，2014（03）

[4] 王兴艳，李丹.美国新材料产业支撑体系研究及启示.特区经济，2015（09）

[5] 陈红光，闵国全，施利毅.韩国纳米科技发展政策研究及启示.新材料产业，2017（06）

[6] 屠海令.我国新材料产业发展前瞻研究