“中国制造2025”或引爆新材料产业革命

郑佳

制造业是一个国家发展国民经济特别是发展工业的主要力量，也是提高一个国家综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。历史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。新中国成立尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动了工业化和现代化进程，显著增强了我国的综合国力。过去十几年间，发达国家把大批生产线转移到我国沿海地区，中国制造曾以“Made In China”的标志走到了世界的前沿，成为国人骄傲。

然而，长期以来，出口主力军大都停留在纺织品等低附加值产品中，大而不强、多而不精，使得“Made In China”后来被冠以“低端廉价”的头衔。在自主创新能力、产业结构水平、信息化程度、资源利用效率、质量效益等方面，我国制造业整体水平与国际先进水平差距明显。当前，新一轮科技革命和产业变革如火如荼，国际产业分工格局正在重塑，以美国为首的西方發达国家正逐渐引导和促进制造业回归本土，而以东盟国家为代表的发展中国家正在以更低生产成本承接国际制造业的转移。面对来自发达国家对技术、市场的封锁和发展中国家以更低生产成本承接国际转移的“双向挤压”，如何在加快转变经济发展方式的历史性时刻，实现从“制造大国”到“制造强国”的转变是摆在我国政府和社会各界面前的一份重要考卷。

2015年5月8日，我国国务院发布了《中国制造2025》计划，对推进实施制造强国战略进行了全面部署，聚焦制造业绿色升级、智能制造、高端装备创新3大方向，力争通过3个10年的努力，到新中国成立100年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。长期以来，材料业与制造业休戚与共、密不可分。材料是制造业发展的重要基础，历史一再证明任何一项重大的科技突破都是建立在该领域的新材料技术突破的基础之上，制造业的技术进步和产业结构调整离不开新材料技术的推动与革新。《中国制造2025》的公布，对新材料产业发展提出了更高更新的要求，必然引爆新材料产业领域一次重大的变革。

一、制造业智能转型催生新材料的互联网思维

近20年来，制造产业正在由原先的能量驱动型向信息驱动型转变。激烈竞争的外部环境和瞬息万变的市场需求，要求制造业具备更高的灵活性和敏捷性，智能化无疑成为未来制造业发展的核心。无论是美国的制造业振兴计划还是德国的“工业4.0”计划，都体现了Web 2.0下的互联网思维。互联网环境下，人与人之间、人与机器之间甚至机器与机器之间都是相互连接相互影响的。在信息高速传递的过程中，整个制造业各个环节和相应配套也要全面跟进，这无疑对其发展的基础材料提出了更快更准更易制造的新要求。

首先要快。智能化制造是基于互联网的个性化设计、众包设计、云制造的新型制造模式和基于消费需求动态感知的新型研发、制造与产业组织形式，势必要求加快推动新一代信息技术的发展以及其与制造技术的融合发展。这其中将涉及高可靠无线通信网络构建技术，工业互联网信息安全技术，嵌入式互联网技术和异构通信网络间信息无缝交换技术等等。发展上述新技术、促进整个产业系统的优化升级，需加快高端通用芯片材料、第3代半导体材料、核心电子器件材料以及较大光谱范围内光电通讯材料的研发应用。

同时要准。智能制造时代，计算机技术将模拟并取代专家的分析、构思和决策等智能活动，通过与智能机器有机地融合起来，实现整个制造企业经营运作的高度智能化和集成化。这种对制造业专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展的新模式对新材料的研发模式也提出了新的需求。“材料基因组计划”无疑是满足新需求的必然产物。“材料基因组计划”将建立强大的计算分析网络，从而可显著减少研发对物理实验过程的依赖。数据共享系统的改进以及一体化工程团队的建立将促进设计、系统工程与生产活动的交互重叠和互动，此举会显著提高制造业选材的速度和精准度。

此外还要易加工易制造。区别于传统的离散型制造模式，在智能制造时代，人参与生产的模式将会大大减少，它将在数字化生产的基础上，进行智能化判断，以加工和制造为基础的劳动密集型产业将有可能成为过去。在统一的国际标准的基础上，整个制造系统的各个环节分别智能化，在相应信号的指导下，整个制造业将成为由网络集成的、高度自动化的一种制造系统。传统的硅基半导体微电子加工技术工艺较为复杂，耗时长且不易于大面积制备。智能制造时代，可以直接打印制备各类电子器件的印刷电子材料将迎来巨大的发展空间。

二、制造业绿色升级带动环境友好和新能源材料迅速发展

绿色技术即环境友好技术，是有利于改善环境质量的可靠性技术。绿色技术要求遵循生态经济规律和生态原理，尽量避免、消除或减轻对生态环境的污染以及破坏，同时提倡节约资源和能源，关键和共性绿色技术大多掌握在欧美国家手中，且它们一直在争夺中国市场。如果能将绿色技术引入到我国制造业中，不但可以促进产业发展和升级，而且还可以带动其他相关产业的发展，引起产业格局和社会的变化，从而打破西方的垄断地位。因此将绿色制造技术导入制造业，不仅仅是一种新的制造理念，更成为一项复杂的系统工程，涉及能源消耗、环境保护和废弃物再利用等诸多方面。

加快制造业绿色改造升级，全面推进钢铁、有色、化工、建材、轻工、印染等传统制造业绿色改造，实现原料无害化、生产洁净化、废物资源化，离不开环境友好材料的广泛应用。环境友好材料是指在光、水或其他条件的作用下，可以被环境逐渐消纳的可降解材料。这种材料一般在外界环境的作用下会出现分子量下降、物理性能降低等现象。环境友好材料以聚乳酸类高分子材料研究得最为深入也最为重要。

绿色制造不仅是无污染无公害，积极推行低碳化、循环化和集约化，大幅降低能耗、物耗和水耗水平，提高制造业资源利用效率，也是制造业绿色升级的重要组成部分。因此新能源和再生清洁能源技术是实现制造业能源低碳化、构建绿色制造体系的重要基础。以镍氢电池材料、锂离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、储氢材料、煤层气材料、海洋波能材料以及核反应堆核能材料等为代表的新能源材料将成为实现新能源转化和利用、打造绿色制造体系的关键新材料。

三、高端装备创新取决于纳米碳材料、超材料等关键新材料的突破

高端装备制造是指决定着整个产业链综合竞争力、处于价值链高端和产业链核心环节的关键设备的生产制造，主要包括航空航天、轨道交通、海洋工程、高档数控机床、机器人和新能源汽车等。它们不仅是我国战略性新兴产业的核心组成，也是加快我国经济发展方式转变的重要环节，对于国民经济和国家安全具有不可替代的重要作用。上述领域从发展伊始，每一次重大的进步都依托于关键材料的革新与突破。

蓄电池是新能源汽车主要的能量来源，电池的比能量影响电动汽车的整体质量和续驶里程，比功率是评价能量源能否满足电动汽车加速和爬坡能力的重要指标。迄今为止蓄电池技术的发展经历了铅酸电池、碱性电池和燃料电池等3代电池。其中，铅酸电池是目前唯一能大批量生产的电动汽车用电池。碱性电池比能量和比功率都比铅酸电池高，但其价格却比铅酸电池高。燃料电池比能量和比功率都高，并且可以控制反應过程，是理想的汽车用电池。锂电池具有体积小、质量轻、工作电压高、比能量大、循环寿长、自放电率低、无记忆效应、无污染、安全性好等优点，成为全球电动汽车蓄电池的研究热点。

以石墨烯、碳纳米管和碳纤维为代表的纳米碳材料在航空装备、卫星产业和轨道交通领域有着广阔的应用前景。石墨烯是只有一个碳原子厚的二维材料，是迄今为止最薄、最坚硬的材料兼具优异的电学、光学、化学、热学以及高比表面积等特性。碳纳米管具有特殊的一维结构，具有极高的机械强度和较强的微波吸收能力。碳纤维是含碳量超过90%的高强度、高模量的纤维状高分子材料，兼具强抗拉力和柔软可加工性为一身，在汽车、航空航天、体育用品等领域具有广泛的应用前景。重点开发纳米碳材料及器件的制备方法与产业化关键技术研究，开展其在高强度复合材料、导电薄膜、高频真空电子器件、集成电路以及柔性与印刷电子等方面的应用与产业化研究，是我国高端装备创新过程中不可或缺的重要环节。

超材料是一类具有超常物理性质的复合材料，目前主要包括光子晶体、左手材料和超磁性材料等。这类材料可以实现负折射率、电磁隐身衣等奇特功能，对航空航天国防具有极为深远的意义。基于超材料研制的雷达天线、吸波材料、无人机雷达、声学隐身产品等，已经成为各国竞争的焦点。随着美国的制造业振兴计划、德国的“工业4.0”计划和《中国制造2025》计划的逐步深化，一个可逆向设计、根据针对电磁波的具体应用需求制造出具有相应功能的材料，同时可带动高速列车、新型地面行进装备、航空航天、国防科技、地面智能机器人等领域的超材料产业集群必将快速崛起。

四、结语

《中国制造2025》的提出标志着我国制造业发展开始了新纪元。在传统制造向智能化、绿色化转型升级的过程中、在事关我国未来发展的重大高端装备创新的征程上，新材料产业的发展比以往任何时代都更为重要。新型研发模式和加工工艺的开拓、新型材料设计与功能的实现以及材料和资源、环境相协调的共同发展，是推动我国制造产业转型升级、实现创新驱动、建立“制造强国”并最终推动国民经济持续健康发展的必经之路。