成渝地区双城经济圈世界级先进材料产业集群培育研究

杨思飞 张志强 欧阳峥峥 熊永兰

先进材料产业是先进制造业的重要领域之一，也是先进制造业发展的重要基础，包括先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料三大方向〔1〕。先进材料被广泛应用于航空航天、车辆船舶、石油化工、电池电极、医疗器械、生态环境等领域，作为国民经济先导产业和高端制造及国防工业的重要保障，其发展水平逐渐成为衡量科技强国经济社会发展和科技进步的重要参数，也是打造高端制造业强国的核心产业之一。党的十九大报告明确提出，促进我国产业迈向全球价值链中高端，培育若干世界级先进制造业集群。打造世界级先进材料产业集群是培育世界级先进制造业集群的关键保障，也将是我国“十四五”时期的规划重点。我国很多地区积极响应国家号召，出台先进材料产业集群培育计划。例如，广东省于2020年9月印发了《广东省发展先进材料战略性支柱产业集群行动计划(2021—2025年)》，山西省和河北省于2020年7月分别发布了《山西省千亿级新材料产业集群培育行动计划(2020年)》和《河北省炼化一体化及新材料产业链集群化发展三年行动计划》。自2020年1月3日中央财经委员会第六次会议后，成渝地区双城经济圈成为继京津冀、长三角、珠三角之后的中国经济发展第四极。制造业的高质量发展将为成渝地区双城经济圈建设提供重要支撑。成渝两地已经将先进材料产业作为未来协同创新发展的主攻方向，并将培育一批支撑成渝地区双城经济圈产业链协调发展的先进材料产业集群。

当前，成渝地区双城经济圈的相关研究成果对于作为先进制造业发展基础的先进材料产业领域暂未进行深入思考〔2〕。因此，深入分析成渝地区双城经济圈先进材料产业发展现状、优势与短板，跟随国内外发展态势提出其未来培育方向及建议具有非常重要的现实意义。

一、全球及我国先进材料产业发展态势

1.全球先进材料产业发展态势

当前国际上先进材料产业发展如火如荼。截至2018年底，全球先进材料产业市场规模已达2.6万亿美元，2016-2018年间增长率均保持在10.5%以上。受全球经济疲软影响，先进材料产业规模增长率有所下降。2018年，全球先进基础材料市场规模为1.3万亿美元，占比49%；关键战略材料市场规模为1.1万亿美元，占比43%；由于3D打印、石墨烯、超导等新兴产业技术突破，前沿新材料市场规模达0.2万亿美元，占比上升至8%〔3〕。

随着与信息、能源、生物等的加速融合，先进材料创新步伐持续加快，国际竞争日趋激烈。先进材料作为重大战略性产业日益受到世界各国的重视，发达国家纷纷制定新材料产业创新发展计划。例如，美国《2020财年行政机构研发预算优先事项》备忘录中提出要开发包括高性能材料、关键材料等在内的先进材料和相关加工技术。欧盟第九框架计划确定将先进材料和纳米技术作为六大关键使能技术之一。韩国《创新增长引擎》计划将先进材料列为产业基础类的创新增长引擎，明确到2022年成为世界第四大先进材料出口国，先进材料市场份额升至全球第五〔4〕。总体来看，国际先进材料产业发展呈现以下趋势：

(1)先进材料的作用由基础性向颠覆性转变，引领高技术领域跨越发展。在新一轮产业革命中，以人工智能、量子计算为代表的先进信息技术，以固态锂电池、氢燃料电池为代表的新能源技术等，其发展突破都离不开先进材料的研发。先进材料在经济发展中的作用逐渐从基础性、支撑性向颠覆性、引领性转变。先进信息材料、新能源材料、生物材料等领域将保持快速发展态势，继续引领前沿科技领域的颠覆性变革〔5〕。

(2)先进材料产业的迅猛发展推动相关产业加速变革，新兴产业发展又释放了对新材料的旺盛需求并加速了新材料的研发进程。硅材料提高了微电子芯片集成度、信息处理速度并且降低了成本；氮化镓等材料催生了半导体照明技术产业化；薄膜、晶体硅材料提高了太阳能电池效率；镁钛合金突破加工技术瓶颈，改良了航空航天领域高附加值产品设计。同时，产业和技术变革又会刺激先进材料的增量需求与研发进程。如5G、物联网(IoT)为代表的新需求及其带动的云计算、人工智能、大数据等新应用，对半导体及设备需求的拉动作用；人造器官、人造肌肉等高端医疗需求对镍钛智能合金等高端金属材料研发的带动作用；人工智能算法极大加速了先进材料的研发过程〔6〕。

(3)绿色、节能、环保、低碳、可循环将成为先进材料产业发展不可阻挡的潮流。近年来，美国、日本、澳大利亚等发达国家出台了一系列相关科技政策，促进新能源、节能建筑、纳米集成、电动汽车、节能电池等材料发展。例如：美国提出的《关键材料战略》和德国提出的《原材料经济战略》支持风力、太阳能发电，提高稀土、金属类回收工艺，使先进材料微型化、多功能化、模块集成化发展。氢能源技术、二氧化碳捕捉及转化技术、生物质高分子材料技术等将加速突破并广泛应用，为全球先进材料产业可持续发展提供了技术基础。

(4)产业集群化发展趋势日益明显。全球典型先进材料产业集群有美国硅谷、日本筑波科学城、英国剑桥科技园和韩国大德科技园等。这些产业集群具有以下特点：一是由世界级龙头企业带动、大量中小企业支撑、科研院所及高技术人才高度集聚保障，并通过相互密切协作推动创新。二是处于全球价值链中高端，在科技创新、商业模式、产业生态等方面引领世界先进材料产业向高端化、智能化、绿色化发展。三是生态体系健全，网络化组织形态合作紧密，推动成员间高效协作和互动发展。

2.我国先进材料产业发展态势

我国近年来先进材料产业规模不断扩大，发展较快。2010年以来，先进材料产业年均复合增长率超过25%，高出世界平均水平15个百分点。截至2018年底，我国先进材料产业规模达4.3万亿元，其中先进基础材料占58.6%，关键战略材料占38.3%，前沿新材料占3.1%。我国先进材料结构逐渐向关键战略材料倾斜，前沿新材料仍需继续加大发展力度。预计2020年我国先进材料产业总规模将达到5.5万亿元，2025年将达到10万亿元。

我国先进材料产业发展展现出集群化、省际竞争激烈、自主创新加强三大特点。目前京津冀、长三角、珠三角等地区新材料综合性产业集群优势开始凸显，中西部地区一批特色鲜明的新材料产业基地也开始初具规模。各省也加大政策支持力度，山东、浙江、福建、江苏、广东、四川等20余个省市相继出台发展规划和专项政策，鼓励支持新材料产业发展。在当前世界经济下行、新冠肺炎疫情严峻、经济结构转型升级的背景下，我国先进材料产业发展模式正加速转变为创新驱动。

二、成渝地区双城经济圈先进材料产业发展现状

“十三五”以来，成渝地区非常重视从政策上引导先进材料产业的发展，比如四川和重庆分别出台了《四川省“十三五”战略性新兴产业发展规划》和《重庆市新材料产业发展实施方案》。在政策的指引下，成渝地区双城经济圈先进材料产业呈现出良好发展态势。截至2017年底，四川拥有规模以上先进材料企业1806家，2018年全省营业收入过50亿元的先进材料企业达10户〔7〕。先进材料产业主营业务收入达5780亿元，同比增长16.3%。2018年，重庆市规模以上工业增加值按可比价格计算同比增长0.5%，而材料行业增长率为11%〔8〕，可见其发展迅猛。

1.成渝地区双城经济圈先进材料产业发展优势

(1)原材料资源丰富。四川天然气、钒、钛、锂等15种矿产储量居全国第一位，铁、石棉、页岩气等10种矿产储量居全国第二位，石墨资源储量居全国第三位。攀西地区作为全域纳入国家战略资源创新开发试验区，钛储量占全国93%、全球35%、居世界第一，钒储量占全国63%、全球11%、居世界第三〔9〕。重庆拥有亚洲第一大的锶矿床、全球除北美外最大的页岩气田，此外也盛产毒重石、锰矿、煤矿等〔10〕。

(2)产业发展基础良好。截至2019年，四川省拥有先进材料开发区34个，数量排名全国第三，仅次于江苏省和山东省〔11〕。从成渝及其辐射区域来看，成渝地区双城经济圈覆盖先进材料的国家级产业园区有17个，其中四川12个，分布在绵阳、德阳、宜宾、广元、内江、自贡、南充、泸州和广安；重庆5个，分布在两江新区、高新区、万盛、万州和长寿。

(3)产业创新资源优良。近5年来(截止到2019年12月)，成渝两地在先进材料领域共申请专利241件，占全国总申请量的5.1%，其中发明专利达188件，占所有类型专利的78%，超出全国平均水平(74.6%)。中国科学院成都有机化学研究所、四川大学、电子科技大学、中国工程物理研究院、西南交通大学、成都金属材料产业技术研究院、重庆大学、西南大学等在先进材料上具有较强科研实力，如四川大学材料学与工程为国家双一流学科，重庆大学、西南大学的材料科学均为进入ESI全球排名前1%的学科〔12〕。

(4)产业发展方向明确。四川省《新材料产业培育方案》明确提出先进基础材料转型升级，尤其抓好先进钢铁材料、先进化工材料、先进有色材料、新型建筑材料、先进轻纺材料发展，重点关注产业急需、市场较大、基础较好的关键战略材料，大力发展高端装备用特种合金、高性能纤维及复合材料、新型能源材料等新材料，坚持梯度培育发展新材料产业〔13〕。成都市提出打造“四大特色材料+四大优势材料”的先进材料产业体系，重点打造高性能纤维复合材料、稀土功能材料产业集群，构建电子信息材料、先进金属装备材料、新能源材料、生物健康材料等四大产业集聚区，建设先进高分子材料优势产品研制基地、石墨烯和先进碳材料研发基地以及前沿新材料研发应用示范区〔14〕。重庆市重点打造高端轻合金材料制造基地、玻纤及复合材料制造基地、化工新材料制造基地，打造完整的石墨烯产业链〔15〕。

2.成渝地区双城经济圈先进材料产业发展短板

(1)缺乏针对成渝地区双城经济圈先进材料产业现状的摸底研究以及对集群发展的整体规划引导。以材料强省江苏省为例，从2015年起，该省新材料产业协会连续发布《江苏省新材料产业发展年度报告》〔16〕，对省内先进材料产业发展进行详细摸底，从而为集群发展规划提供准确指导。当前成渝地区双城经济圈先进材料产业现状尚未摸底调研与系统分析，相关规划指南也未能迅速跟进。部分地区仍存在盲目搞园区建设、铺摊子、上项目，造成地区分割、资源严重浪费和恶性竞争而无法形成产业发展合力和高效的产业集群。

(2)科技创新能力不强，创新投入明显不足。一方面，成渝地区双城经济圈先进材料产业发展更多是依靠丰富的资源优势，培育有色金属、稀土功能材料等，承接东部地区产业转移，技术发展主要以跟踪模仿为主，原始创新能力很弱。另一方面，成渝地区双城经济圈目前缺少先进材料领域创新性领军人才，在人才吸引力上较浙江、上海、江苏、北京等要弱，高层次技术人才队伍不强；在新材料企业研发经费占主营业务收入比重方面，四川省计划提高到2.5%，但甘肃省已启动2020年达到3%的目标〔17〕；在耐高温材料(陶瓷、玻璃)、生物医用材料等研究所需的高温测试仪、扫描电子显微镜等专用设备上投入不足。此外，成渝未搭建先进材料领域专业平台，区域产学研用体系不完善，企业、高校、科研机构间脱节问题仍未实质性改变，成果转化能力尤为不足。

(3)产品同质化严重，产业链尚不完整，集群效应尚未发挥。成渝地区先进材料企业小而散，同质化产品较多，存在盲目跟风现象，缺乏行之有效的区域协同创新机制。自2016年四川省提出建设全国重要的石墨烯产业基地后，2017年四川省石墨烯产值同比增长200%，成都、德阳、遂宁等地企业纷纷涌入扎堆，同质化竞争加剧〔18〕。钢铁、有色金属、稀土材料等仍处在产业链中低端，尚未形成具有影响力的终端产品〔19〕。部分产品产能过剩也加大了产业发展风险，如重庆在2018年铝材产量为192.55万吨，位居全国第五，但存在中低端产品过剩而高端不足现象，如飞机蒙皮板、汽车车身铝板等尚不能稳定生产，仍需进口〔20〕。

(4)产业发展环保任务重，集约发展需要跨越环保制约。成渝地区双城经济圈先进材料目前尚未完全改变粗放的发展模式，资源利用率低，环境污染问题尚未彻底解决。例如，2018年，四川省环境保护厅调查发现成都市金堂县成阿工业园区盛立达采砂厂和港龙建材采砂厂等存在环保问题，包括废气废水直排、废弃设备堆放、原材采集扬尘等问题〔21〕。

三、成渝地区双城经济圈世界级先进材料产业集群培育发展建议

1.成渝地区双城经济圈世界级先进材料产业集群培育重点方向

成渝地区双城经济圈先进材料发展重点拥有较大共性，细分领域各有侧重，有利于形成互补。成渝地区双城经济圈应通过产业技术联盟和产学研联盟加快打造“研发—中试—成果转化—产业化”全产业链协作的创新链，坚持“梯度培育发展，分工协同集群” 的发展思路，形成“做强先进基础材料，聚焦关键战略材料，培育前沿新材料”的先进材料产业发展格局。

(1)做强先进基础材料。成渝地区双城经济圈可围绕合金、有色、化工新材料打造国家先进基础材料产业集群。充分发挥成都、重庆市在先进钢铁材料、高性能有色金属材料、先进化工材料、新型建筑材料方面的优势。

钢铁先进材料。重点发展汽车棒线材、优特钢深加工、高强建筑钢材、高温合金、高强特种钢、高纯金属靶材等，依靠钒钛钢铁产业的发展优势和国家精密工具工程技术研究中心等研究院所研发高品质特殊钢、汽车火车车体合金、航空铝材、核电用钢等应用材料和碳氮化钛、钨钼等新型硬质合金技术，提高不锈钢、油田钻井钻头用钢等金属产品影响力，打造装备制造用钢铁先进材料产业集群。

有色金属先进材料。统筹成渝地区有色金属矿产资源，围绕四川有色冶金研究院等科研院所，重点研发铝镁钛轻量化金属、钒钛特种金属、高纯稀贵金属、高性能铝合金板锭、高性能变形轻合金和铸造轻合金、汽车车身铝板、大规格轨道车厢铝材、电子信息用铝材、电子信息用铜材、精密铜管和超薄铜板带、金属粉体等材料，应用于汽车制造、轨道交通车体、电子信息材料等领域，继续发展土壤、空气及水体治理材料等环境友好型金属材料，加快技术合作平台建设、提高产品技术含量，打造有色金属材料产业集群。

建材先进材料。重点发展超薄玻璃、超白玻璃、泡沫玻璃、建筑部品部件、新型绿色建材、热塑性玻璃纤维复合材料等，生产中空玻璃、绝热隔音玻璃、汽车玻璃、智能手机玻璃盖板，增强型玻璃纤维、微玻璃纤维棉高效绝热及过滤材料、高性能玻纤复合材料及结构件，建筑部品部件、钢结构，自保温烧结墙体材料、新型装饰材料，节水陶瓷、蜂窝陶瓷等产品，打造新型建材先进材料产业集群。

化工先进材料。以能源化工资源为基础，重点研制工程塑料、聚氨酯树脂、氟材料、高端聚烯烃树脂、水性涂料、粉末涂料、高性能防腐涂料、汽车涂料、电子化学品、特殊功能化学品，深化产业结构调整，鼓励发展高性能树脂、高性能涂料、膜材料等，延伸产业链下游，打造化工先进基础材料产业集群。

(2)聚焦关键战略材料。成渝地区双城经济圈在钢铁、有色、新型建材三个主要产业布局下，应继续关注新能源、先进高分子等领域关键战略材料，重点发展耐高温、耐腐蚀特种金属、永磁发光高端催化稀土材料、芳纶纤维、玄武岩纤维、阻燃高分子材料、绝缘材料、硅材料、锂电池材料、显示膜材料等产业链。

关键性钢铁材料。以重庆材料院、重钢研究所为依托，重点发展耐高温、耐蚀特种钢铁材料，海洋工程高强度特厚钢材。有色金属方面主要发展高温及耐蚀合金、钛合金、含锂的铝基及镁基高性能轻合金；高性能永磁、高效发光、高端催化等稀土功能材料；反渗透膜、全氟离子交换膜等高性能分离膜材料；大尺寸硅材料、大尺寸碳化硅单晶、高纯金属溅射靶材等，打造金属及复合材料基地和焊接材料基地。

新型建筑材料。发展芳纶纤维、碳纤维及其复合材料等高性能纤维复合材料。依托成都新津国家高性能纤维高新技术产业化基地，发展碳纤维复合材料，提升高强度、高模量、耐高温、热塑性复合材料产能。依托四川航天玄武岩纤维产业技术研究院，利用广安市玄武岩矿产资源和华蓥山经济开发区，突破玄武岩纤维规模化制备技术，打造高性能纤维复合材料产业集群。

先进高分子材料。依托国家有机硅工程技术研究中心、高分子材料工程国家重点实验室等国家级创新平台等，重点发展高性能氟硅材料、高端聚烯烃、环保型高分子材料、有机硅密封材料、有机氟材料、汽车轻量化高性能复合材料、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、特殊功能涂料、高端胶黏剂、先进合成材料助剂及催化剂等，打造先进高分子材料研发研制产业聚集区。

稀土材料。重点发展钕铁硼永磁材料、汽车尾气净化催化剂、激光晶体材料、高性能永磁、高效发光、高端催化、耐磨等稀土功能材料。以重庆中色新材料有限公司、四川冕宁稀土高新产业园区为基础，加快发展稀土脱硫脱硝催化剂、储氢材料，逐步应用于手机、新能源汽车和机器人等，建设以稀土资源为主的关键战略材料产业聚集区。

新能源材料。把握新能源汽车行业的发展趋势，围绕重庆特瑞新能源材料有限公司、重庆晶炭新能源科技有限公司等企业，依托四川大学后续能源材料及器件教育部工程研究中心等科研机构，加快发展锰酸锂材料、三元材料及磷酸铁锂材料等锂电池正极材料、高镍三元正极材料、富锂氧化物正极材料、低成本磷酸铁锂正极材料、高能量高循环寿命硅碳负极材料、多功能电池隔膜材料。紧抓成渝天然气等资源优势，培育氢燃料新能源企业，积极研发高活性催化剂、高性能膜电极、双极板、碳纤维纸、质子交换膜等关键材料，推动氢能源电池快速发展并运用于重庆新能源汽车行业。结合电池、能源材料的研发和升级，构建新型能源材料产业聚集区。

(3)培育前沿新材料。依托四川德阳旌阳高新技术产业园区、自贡高新技术产业开发区，以及重庆高新技术产业开发区、同兴工业园区、空港工业园区长寿经济技术开发区、两江新区，建设石墨烯、3D打印粉体材料、纳米材料等新型材料国家级产业技术研发和应用示范基地。

石墨烯和先进碳材料。加快突破石墨烯产业化进程和透明电极手机触摸屏研发产业化，提高产品质量和性能，规模化生产石墨烯薄膜和微片。依托重庆墨希科技有限公司、华碳(重庆)新材料有限公司，在碳纳米管、石墨烯润滑油、石墨烯吸波材料的产业基础上，重点发展石墨烯薄膜规模化、低温超导材料，推动石墨烯在航空航天、集成电路、新型显示、触控模组、特种涂料、高性能电池材料、智能穿戴设备、仿生材料等领域应用。构建以四川的德阳、宜宾、自贡等地为主的石墨烯原材料制备产业链上游，以重庆石墨烯公司为主的原材料加工，以重庆润动新材料科技有限公司、重庆格来非科技有限公司、华碳(重庆)新材料和成都成飞集团、京东方等为主的产业链下游的全产业链石墨烯材料集群。

3D打印材料。重点发展高品质钛合金、高温合金、铝合金等金属粉末，强调材质空心粉率低、颗粒形状规则、粒度均匀、杂质元素含量低等特点；光敏树脂、工程塑料粉末与丝材、氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅等陶瓷粉末、片材等。积极推动3D打印材料给医疗健康、装备制造等领域带来的产业影响，建设3D打印材料基地。

2.成渝地区双城经济圈世界级先进材料产业培育发展建议

加强顶层设计，做好产业规划布局，推动产业集群化和国际标准化发展。构建先进材料产业集群发展协调机制，协同研究重大政策、重大工程和重点工作，共同指导、督促、推动产业集群发展，避免两地产业同质化布局与恶性竞争。组建成渝地区双城经济圈先进材料产业发展专家咨询委员会，对成渝地区双城经济圈及其辐射区域先进材料产业现状进行摸底研究，并提供产业发展建议。引导先进材料企业根据市场需求及时制定企业标准，指导帮助企业积极参与国际、国家、地方和联盟的行业标准制定。加快建立先进材料检测应用平台，促进先进材料行业质量提升和良性发展。推动先进材料产业标准化试点示范，建设一批先进材料产业标准化示范企业和园区，加速产业标准化进程。

推进产学研合作，培育优势企业和关键人才队伍。整合善创新资源，依托重点企业、研发机构、产业联盟，组建先进材料制造业创新平台、先进材料测试评价及检测认证中心、高新技术企业协会，鼓励建立具备独立法人资格的联合创新中心及研发中心。推动先进材料研究成果产业化，定期举行研发机构、生产企业与应用企业对接会，共同拓展先进材料应用市场。优化人才发展环境，依托重点企业、高校、公共实训基地和公共服务平台，培养一批研发人才、产业工人、技术骨干与创新团队。适时引进大院大所，依托海内外人才组建企业研究院、创新中心、博士后工作站，吸引优秀海内外高层次人才。加快高端创新团队引进，引导企业与高校建立“代培式”人才培养机制，深化高层次人才在企业、高校院所之间的双向流动机制。

加快成渝地区双城经济圈互联互通产业资源共享。加强先进材料产业融合发展，稳步推进都市圈一体化建设，两地公用工程、物料互供互通。建立先进材料物流仓储中心、网上交易等公共服务平台，降低基础设施建设和运行成本，提高运行效率。加强政、银、企信息通联，有效发挥财政资金的激励和引导作用，积极吸引社会资本支持先进材料发展。

高度重视产业绿色循环发展。构建并完善危化品运输、三废排放、重点生产装置等自动监控系统，提升安全环保管理水平。构建先进材料产业循环经济产业链，充分研究先进材料产品报废后的回收再利用技术。推进安全、环保管理提升和绿色工厂创建，加快补齐化工材料企业绿色生产短板。加强新建项目土地利用率、工艺先进性、安全风险、资源利用和经济效益等综合评估和监管，淘汰产能落后、产能过剩和不符合政策的项目。配合长江经济带生态环境保护和治理工作，依法处置闲置土地，扎实推进产业改造提升和协同发展。

实施开放战略，加强产业国际合作。加强与世界500强企业对接，密切跟踪国际、国内龙头企业发展动向，提高项目引进成功率。积极与美国硅谷、日本筑波科学城、长三角等先进材料产业集群实现合作、引进创新资源。积极打造产业聚集区、产业园区、产业集群品牌。比如，江苏昆山拥有中国台湾厂商聚集的优势，接近40%的台商、台企集中于此地；天津经济技术开发区着力营造“TEDA”这一品牌，并凭借其品牌影响力，成为全国经济开发区中的佼佼者。营造成渝地区双城经济圈先进材料产业集群品牌，将极大推动先进材料产业招商、合作、推广等活动。