新材料发展趋势及重点发展方向

周少雄

2015年是“十二五”规划的收官之年和“十三五”规划的编制之年。特别是习总书记“8·18”讲话后，我国科技体制面临重大变革。笔者有幸参与了一些规划的制定，但目前还处在研讨和编制阶段，所以笔者讲一下发展趋势以及新材料技术领域的一些重点关注方向。

一、新材料技术的重要战略意义

新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料，或是由于成分或工艺改进而性能明显提高或具有新功能的傳统材料，其研发及工程化应用依赖于新原理、新方法、新技术、新工艺以及新装备的综合运用。在人类发展史中，新材料技术推动了3次工业革命。第1次工业革命始于18世纪60年代，以蒸汽机的发明作为代表，取代了体力劳动；第2次工业革命发生在约19世纪70年代，电力技术的发明和应用推动了人类文明的革命性进程；第3次工业革命是从20世纪四五十年代到现在，继蒸汽机技术革命和电力技术革命之后材料科学技术和集成应用的又一次划时代革命，第3次工业革命是以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为标志，极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，影响了人类生活方式和思维方式。所以，新材料技术确确实实对人类的文明发展进程起到了非常重大的推动作用，是人类发展的重要物质基础，对国民经济和国家安全起着关键的支撑和保障作用。新材料技术极大地支撑了我国战略性新兴产业的发展，同时新材料产业本身也是高速发展的一类战略性新兴产业。

当前，新一轮的全球科技革命和产业大变革时代也正在孕育兴起，也有人在说本世纪有可能会催生第4次工业革命。关于第4次工业革命，大家看法不一，但是总的来看是以3D打印、互联网技术为基础，与人工智能机器相协调的智能生产，也可以叫智慧生产。笔者近日在上海参加某研讨会上了解到，今后的工厂有可能前面为虚拟工厂，后面是它的实体工厂。所有的产品在进入实体工厂之前，一定是经过虚拟工厂的仿真、模拟然后再反馈，调整好后再进入真正的实体工厂。听起来有些天方夜谭，但有可能3～5年之内就会成为身边的事情。这种改变，已经潜移默化的在我们身边发生着。

目前的核心要务就是着力攻克新一代信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术和智能制造技术等核心关键技术，并借助核心关键技术的突破解决我国在农业、能源、资源、环境、制造业、城镇化、海洋、国防等核心领域面临的瓶颈制约问题，走出一条后发国家赶超发达国家的中国式创新发展之路。

二、新材料产业面临的历史机遇与发展挑战

全球新材料产业迅速发展，研发格局全球化趋势日趋显著。从制造业整体看，美、日、德、英等国均把“再工业化”、“制造业升级（智慧或智能生产）”作为国家战略重点加速推进。美国政府先后推出“先进制造业伙伴关系计划”、“材料基因组计划”，欧盟投入了8 000亿欧元启动了“地平线2020”，其中180亿欧元用于新材料，德国全面启动“工业制造4.0”，英国也已推动实施“先进材料战略”。我国也在布局“中国制造2025”和“新材料专项”规划，提出“创新驱动、质量优先、绿色发展、结构优化”的制造业强国战略方针，大力推动制造业“由大到强”的转型发展。

三、“中国制造2025”规划纲要

“中国制造2025”主要体现了“4大转变”和“1条主线”。“4大转变”就是由现在的要素驱动到创新驱动，低成本竞争到质量效益，粗放制造到绿色制造，生产型制造到服务型制造的转变。“1条主线”就是始终体现信息技术与制造技术深入融合的数字化、网络化、智能化制造，通过一张图就可以概括“中国制造2025”主题思想（如图1所示）。

1.战略重点

战略的重点就是立足全球制造业发展趋势和我国制造业发展需求，本着突出重点、路径清晰，保障措施落实到位的原则，总体部署、统筹安排需要重点突破的3个重大工程和6个重点领域。3大工程是智能制造工程、工业强基工程、质量品牌工程；6个重点领域就是新一代信息技术、运载装备、数控机床以及智能机器人、能源装备、新材料、生物医药及医疗诊断设备。

3个重大工程都制定了很详细的目标，比如说智能制造工程到2020年80%的机电产品实现数字化，50%以上大中型制造业进入数字化阶段，到2025年优势行业10%的大中型企业进入大型制造。工业强基工程目标是2020年解决具有优势、有望率先实现又大又强的信息设备、轨道交通装备、能源装备等领域的基础薄弱问题，到2025年重点领域基础的供给能力与主机发展相适应。质量品牌工程的目标，2020年解决重大基础装备可靠性和食品饮料安全性问题，2025年全面解决制造业的质量问题，建立起完整高效的产品质量保障体系。

“新一代的信息技术”主要是集成电路及专用装备，网络通讯设备、操作系统及工业软件。“运载装备”主要涉及能源汽车、轨道交通装备、海洋工程装备及高技术船舶、航天装备、航空装备。“数控机床/智能机器人”主要是精密、高速、高效、柔性数控机床，高可靠、高精度智能机器人。“能源装备”涵盖智能电网、大容量储能装置、可再生能源装备、新能源装备、大容量水电机组。“生物药及诊断设备”主要有以下几个方面，抗体及重组蛋白药物，个性化诊断试剂，高性能医学影像设备和临床医疗设备，可穿戴设备及康复辅助设备。

2.新材料领域发展重点

新材料的重点发展方向是解决国民经济发展和国家安全的当务之急，重点针对航空航天、海洋工程、运载装备及高端制造设备的发展需求，实施先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料3个优先方向。重点针对清洁能源、智能电网、智能制造及新一代信息技术的发展需求，发展一批关键战略材料；针对传统材料升级改造，发展一批先进基础材料；为抢占制造业战略制高点，发展超导、纳米、石墨烯、3D打印等前沿新材料。

先进基础材料是指具有优异性能、量大面广且“一材多用”的新材料，对国民经济、国家安全起着关键的基础支撑和保障作用。全球工业强国的崛起，均有雄厚的先进基础材料工业作为坚强支撑，其生产技术水平、规模及应用程度已成为衡量国家综合国力的重要标志。先进基础材料主要涉及先进钢铁材料、先进有色金属材料、先进石化材料、先进建筑材料和先进轻工材料和纺织材料等。

关键战略材料对我国国民经济发展和国家安全起着关键支撑和保障作用，是实现创新驱动发展战略的重要物质基础。优先发展关键战略材料，将极大引领和支撑高新技术及战略性新兴产业的发展，也是破除国外垄断瓶颈、提升自主支撑保障能力的必由途径。关键战略材料主要涉及高端装备用特种合金、高性能分离膜材料、高性能纤维及复合材料、新型能源材料、新一代生物医用材料、先进陶瓷和人工晶体、稀土功能材料、先进半导体材料、先进显示材料等。

从前沿性材料的角度来说，主要是抢占制高点。革命性新材料的发明、应用一直引领着全球的技术革新，推动着高新技术制造业的转型升级，同时催生了诸多新兴产业。在发挥前沿新材料引领产业发展方面，我国的自主创新能力严重不足。提升引领发展能力，迫切需要在3D打印材料、超导材料、智能仿生与超材料、石墨烯等新材料前沿方向加大创新力度，加快布局自主知识产权，抢占战略发展制高点。

相信在国家各项规划和政策的大力推动下，“中国制造2025”和相关新材料专项规划的实施必将显著提升我国新材料技术领域的创新能力，打破国外技术垄断，实现原始创新和跨越式发展，为实现我国创新驱动发展战略和科技发展双重任务目标提供强有力的新材料技术支撑。（本文根据作者在2015中国新材料发展趋势高峰论坛上发言整理，已经作者审阅）