逆全球化环境下新材料产业发展趋势与建议

范德增

1 当今全球新材料产业发展特点

新材料是现代工业的先导，已成为当今世界各国必争的战略性新兴产业，具有知识密集、技术密集、资金密集的特点，其研发水平和产业化规模已成为衡量一个国家科技进步、经济社会发展和国防实力的重要标准。2020年5月12日，习近平总书记在陕西考察时指出：“大力加强科技创新，在新基建、新技术、新材料、新装备、新产品、新业态上不断取得突破”，将新材料产业发展提升到新的战略高度。

在新一轮新科技革命和全球产业变革孕育兴起之时，新材料技术与新一代信息技术、新能源技术、智能制造技术、生物技术等一道发生了以绿色、智能、泛在为特征的技术革命，在产业形态、结构、组织方式等方面发生演变，催生和推进新生产业，对世界经济结构和竞争格局产生重大影响，呈现出以下特点。

1.1 产业规模不断扩大，地区差异日益明显，发达国家不断加大对高端新材料技术的垄断

2019年，全球新材料产业规模达到2.82万亿美元，平均以10%以上的速度增长。伴随高新技术产业发展和制造业升级，新材料需求更加旺盛。世界主要经济体积极制定新材料发展战略，布局推动产业发展。

纵观全球，欧美和日韩在材料领域处于技术领先地位，产业发展也各有所长。美国作为经济技术发展强国，其材料领域全面发展、领跑国际，自奥巴马政府以来，美国在国家层面上对新材料产业的发展提出包括材料基因组计划、先进制造业国家战略计划等多项计划，加之美国经过多年的积累所培育的众多材料产业巨头和国际顶尖的科研机构等优势，使美国在新材料产业技术领域在全球全面领先。紧跟其后的是不可忽略的科技强国——日本，得益于强大的材料科技基础，日本在全球高技术领域有着举足轻重的地位，特别是在电子信息材料、纳米材料、半导体材料、碳纤维复合材料、特种钢等领域。韩国作为新材料产业技术的一大优秀成员实力不容小觑，韩国发展新材料技术秉承“先驱者而非追随者”的理念，依托强大的科研团队及诸如三星、LG等制造业巨头，在显示材料、存储材料、石墨烯材料等领域保持着优势地位。此外，欧洲在化工新材料领域一直占据较大的市场份额，在结构材料、高性能聚合物、半导体材料等领域保有优势（见表1和表2）。

《2018中国制造强国发展指数报告》显示，中国尚处于第3阵营前列。我国材料行业存在众多不足，与发达国家相比存在一定差距，具体体现在：基础原材料整体技术水平不高，物耗能耗排放高；核心技术、工艺及装备依赖进口或者受制于国外；配套与工程化能力较弱，高端产品产业化程度低；国家重大工程和国防建设部分新材料受制于人；产业竞争力不强，利润率低，部分行业产能严重过剩。

1.2 “逆全球化”“冷战思维”影响下，关键材料日益成为国家间竞争的新手段

1991年，随着苏联解体，西方国家用以限制社会主义国家发展而成立于1949年的巴黎统筹委员会（简称“巴统”）失去了存在价值，于1994年解体。我国在享受了短暂进口窗口期后，以美国为首的33个成员国于1996年成立了“瓦森纳协定”组织，目前成员国发展到42个。从1996年11月1日起，“瓦森纳协定”组织内各成员国实施新的控制清单和信息交换规则，包括覆盖先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类商品和技术清单和覆盖各类武器弹药、设备及作战平台等共22类的军品清单。2008年金触危机以来，发达国家纷纷启动“再工业化”战略，将新材料作为回归实体经济、抢占新一轮国际科技经济竞争制高点的重要基础。

2018年以来，美国挑起对华贸易战。从实体清单发展到中兴事件、华为事件，警示我国因关键材料断供出现停摆风险。从本质上看，在美国无法利用战争、颜色革命、金融战、经济和技术封锁等手段情况下，对我国采取增加高额关税、禁运关键材料和基础元器件等手段，从根基上瘫痪我国高新技术产业，遏制中国的崛起步伐。以半导体晶圆制造的关键设备光刻机为例，在台积电和三星已经生产5nm芯片情况下，内地企业尚不能进口荷兰ASML公司加工精度高于65nm的设备。

2019年，因二战劳工问题引发的日韩政治争端，日本利用高纯氟化氢、光刻胶和氟聚酰亚胺3种基础材料对韩国半导体产业予以沉重打击，开启材料解决国际政治争端的先河。

1.3 交叉融合创新加速，研发模式加快转变

基礎科学与应用科学技术结合更加紧密，学科界限更加模糊，多学科交叉、多技术融合已成为材料性能提升和新材料创制的重要力量；材料基因工程、集成材料计算学等材料设计新方法和增材制造等新技术正深刻改变材料研发模式；发达国家正在从研发平台、产业培育、国际交流与合作、人才培养等方面持续强化新材料创新支撑体系。

2012年美国启动了国家制造业创新网络（NNMI，现在的ManufactureUSA），以推动先进制造技术向产业转移、向生产力转化。该网络拟建立45个创新中心，现已建成14家。美国制造业前瞻联盟（MForesight）2018年4月和9月先后发布主题为超材料和高熵合金的“通向工业竞争之路”系列报告，建议推动该领域研究与转化并建立国家测试中心及中央数据库。

1.4 材料性能极限化，服役环境极端化

现阶段，材料技术向高性能极限化、微纳化、复合化和集成化发展，制造技术向全流程绿色化智能化、全球化、集聚化发展。以半导体行业为例，台积电于2019年底实现了5nm芯片量产，并宣布向3nm、1nm，甚至宣布2050年实现0.1nm的开发计划。三星采取全新的GAA（Gate—All—Around，环绕式栅极技术）技术路线替代Fin FET（Fin Field—Effect Transistor，鳍式场效应晶体管），向3nm、2nm迈进。未来半导体工业可能从“硅时代”进入“碳时代”，拓扑绝缘体、二维超导材料等将实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件。2020年5月北京大学、张志勇、彭练矛等在《科学》（Science）刊文，发展全新的提纯和自组装方法，制备高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，首次实现了性能超越同等栅长硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的晶体管和电路，展现出碳管电子学的优势。

1.5 全生命周期绿色化，资源能源高效利用

可持续发展理念根植于材料发展的各个方面，矿产资源，特别是战略性矿产资源对新材料可持续发展的重要性得到空前重视。材料研发和产业发展更加突出环境友好、成分简约、一材多用、循环利用等。基于跨尺度材料组织结构调控的材料素化概念、战略金属元素替代与减量化应用、矿产材料高性能再造可能成为支撑材料可持续发展的新模式。

2 逆全球化环境下我国新材料产业发展的应对措施

改革开放40多年来，我国新材料产业取得举世瞩目的成就，成为名副其实的“材料大国”，建成全球门类最全、规模第一的材料产业体系，初步形成了较为完整的新材料创新体系和科技计划体系，新材料科技创新能力迅速提升，科技贡献度日益增强。新材料对国民经济和军事国防关键领域起到支撑保障作用。进入新世纪以来，国家层面发展规划陆续出台，“十三五”期间新材料相关的发展计划详见表3所示。

我国研究与试验发展（R&D）经费继续保持稳定增长的态势。2018 年R&D经费投入强度为2.14%，比2017年提高了0.02个百分点，R&D经费总量接近2万亿元，仅次于美国居世界第2位。其中，企业R&D经费投入为主体，占全社会R&D经费的77.4%。新材料行业发展不但得到了国家的支持，民间资本也大量涌入。2019年我国新材料行业投资数量为59起，投资规模达到89.87亿元。2019年我国新材料产业产值达4.5万亿元。

然而，基础研究方面“引领发展能力不足，难以抢占战略制高点”的问题突出。2018年我国的基础研究经费为1090.4亿元，应用研究经费为2190.9亿元，试验发展经费为16 396.7亿元，占R&D经费比重分别为5.5%、11.1%和83.3%。而美国2015年基础研究经费比重为16.9%；美国企业对基础研究重视程度提升，基础研究经费支出占研发总经费的比例由2011年的4.4%上升到2014年的 6.4%。

分析梳理发现，我国在运载工具、能源动力、高档数控机床和机器人、国防军工等5大领域347种关键材料，被国外禁运61种，进口依赖156种；2018年4—7月《科技日报》发表文章列举了35项“卡脖子”技术；2019年中国工程院对26类有代表性的制造业产业开展产业链安全性评估，其中6类产业自主可控、10类产业安全可控、2类产业对外依赖度高、8类产业对外依赖度极高。

在中美贸易战大环境下，在周边国家“围追堵截”和自身可持续发展的新形势下，面向建设“材料强国”目标，提升自主创新能力，掌握核心技术，提质增效，推行新材料产业迈向价值链中高端，实现“突破瓶颈”“抢占先机”“自主可控”。我国正在迈入由跟踪仿制到原创引领的关键战略转折期。

现阶段新材料产业发展思路概括为：

①前沿交叉。加强基础研究和前沿交叉研究，创新材料新原理和颠覆性新技术，提升国家新材料科技创新能力。基础研究经费稳定性支持的机制有待完善，科研评价机制和创新环境有待进一步改善。

②核心关键。习近平总书记深刻指出，“在别人的墙基上砌房子，再大再漂亮也可能经不起风雨，甚至会不堪一击。”深化机理研究，构建创新基地平台和数据库，实现关键领域核心技术自主可控，彻底解决“卡脖子”问题和“受制于人”的制约局面。

③模式创新。发展技术产品全生命周期为主线，以数字化研发与先进制造模式相结合的“绿色、智能、健康、可持续”的产业链模式，激發科研人员、企业和社会的创新和投资积极性，充分体现知识参与价值创造和分配。

④紧抓机遇。“新基建”是我国面向未来、加快数字中国建设的前瞻性布局。研究主体应充分利用数字化、网络化、智能化的创新链资源优势和数字化研发手段，制造业企业通过工业全要素、全价值链和全产业链的连接、解耦和重构，实现对企业成本、质量、效益的优化和新技术、新产品、商业新模式的培育，提高精细化运营和精益化管理水平，实现数字经济、实体经济深度融合、科技创新与产业升级相互促进。

⑤自主可控。当今世界正面临百年未有之大变局，全球竞争格局正在发生深刻变革；新一轮科技革命与我国经济发展转型交汇、叠加。新一代信息技术与新材料是支撑现代制造业的两大“底盘技术”，新材料产业必须坚持走自主创新发展道路，补齐短板，解决瓶颈和卡脖子问题。健全产业链，实现保链、固链、强链。部分已经进入“无人区”的技术领域，正如任正非所说的“迷航”，应该勇于探索，形成我国真正的核心竞争优势。

3 结语

“十四五”期间，我国应以实现重大领域跨越发展和科技创新支撑引领发展动力转换为重点，集聚世界顶尖人才，夯实技术基础，深化体制改革，激发创新主体潜能，提升创新体系效能，全面实现中国制造2025目标，实现从“材料大国”向“材料强国”的迈进，以及从“中国制造”到“中国智造”的跨越。