全球新材料產業(yè)發(fā)展現狀

1.產業(yè)規(guī)模不斷擴大，地區(qū)差異日益明顯。

2010年全球新材料市場規(guī)模超過4000億美元，到2016年已經接近2.15萬億美元，平均每年以10%以上的速度增長。盡管2012年以來全球經濟仍未擺脫低迷，但新材料產業(yè)發(fā)展并未受到明顯影響，保持穩(wěn)中有升的持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。隨著全球高新技術產業(yè)的快速壯大和制造業(yè)的不斷升級，以及可持續(xù)發(fā)展的持續(xù)推進，新材料的需求將更加旺盛，新材料的產品、技術、模式不斷更新迭代，市場更加廣闊，產業(yè)繼續(xù)快速增長。

全球新材料產業(yè)發(fā)展的地區(qū)差距日益明顯。長期以來，新材料產業(yè)的創(chuàng)新主體是美國、日本和歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，其擁有絕大部分大型跨國公司，在經濟實力、核心技術、研發(fā)能力、市場占有率等多方面占據絕對優(yōu)勢，占據全球市場的壟斷地位。其中，全面領跑的國家是美國，日本的優(yōu)勢在納米材料、電子信息材料等領域，歐洲在結構材料、光學與光電材料等方面有明顯優(yōu)勢。中國、韓國、俄羅斯緊隨其后，目前屬于全球第二梯隊。中國在半導體照明、稀土永磁材料、人工晶體材料，韓國在顯示材料、存儲材料，俄羅斯在航空航天材料等方面具有比較優(yōu)勢。除巴西、印度等少數國家之外，大多數發(fā)展中國家的新材料產業(yè)相對比較落后。從新材料市場來看，北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場，且市場已經比較成熟，而在亞太地區(qū)，尤其是中國，新材料市場正處在一個快速發(fā)展的階段。從宏觀層面看，全球新材料市場的重心正逐步向亞洲地區(qū)轉移。伴隨新一輪科技革命和產業(yè)大變革的來臨，全球技術要素和市場要素配置方式將發(fā)生深刻變化，地區(qū)差異將會進一步加劇。

近15年來，世界各國的新材料產業(yè)快速擴張、高速增長，并呈現出專業(yè)化、復合化、精細化、智能化、綠色化特征。受全球經濟疲軟影響，中國新材料產業(yè)增速有所放緩，但仍保持增長態(tài)勢，2017年中國新材料產業(yè)總產值達3.1 萬億元人民幣，產生了若干創(chuàng)新能力強、具有核心競爭力、新材料銷售收入超過百億元的綜合性龍頭企業(yè)，培育了一批新材料銷售收入超過10億元人民幣的專業(yè)型骨干企業(yè)，建成了一批主業(yè)突出、產業(yè)配套齊全、年產值超過300億元人民幣的新材料產業(yè)集聚區(qū)和特色產業(yè)集群。

2.向集約化、集群化發(fā)展，高端材料壟斷加劇。

隨著全球經濟一體化進程加快，集約化、集群化和高效化成為新材料產業(yè)發(fā)展的突出特點，中國新材料產業(yè)也正朝著這一趨勢邁進。新材料產業(yè)呈現橫向、縱向擴展，上下游產業(yè)聯系也越來越緊密，產業(yè)鏈日趨完善，多學科、多部門聯合進一步加強，形成了新的產業(yè)戰(zhàn)略聯盟，有利于產品開發(fā)與應用拓展的融合，但是也形成了寡頭壟斷。一些世界著名的材料企業(yè)紛紛結成戰(zhàn)略伙伴開展全球化合作，通過并購、重組及產業(yè)生態(tài)圈構建，整體上把控著全球新材料產業(yè)的優(yōu)勢格局。比如，世界新材料主要生產商美國鋁業(yè)、杜邦、拜耳、GE塑料、陶氏化學、日本帝人、日本TORAY、韓國LG等大型跨國公司，加速對全球新材料產業(yè)的壟斷，并在高技術含量、高附加值的新材料產品市場中保持主導地位。

3.交叉融合創(chuàng)新加速，研發(fā)模式加快轉變。

基礎學科突破、多學科交叉、多技術融合快速推進了新材料的創(chuàng)制、新功能的發(fā)現和傳統(tǒng)材料性能的提升，新材料研發(fā)日益依賴多專業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。值得注意的是，針對現有研發(fā)思路和方法的局限性（性能、周期、資源），以高通量計算、高通量制備、高通量表征、數據庫與大數據等技術為支撐，立足把握材料成分-原子排列-顯微組織-材料性能-環(huán)境參數-使用壽命之間關系的材料基因組工程快速發(fā)展，將推動新材料的研發(fā)、設計、制造和應用發(fā)生重大變革，使新材料研發(fā)周期和研發(fā)成本大幅度縮減，并將加快探索發(fā)現前沿材料、實現材料新功能，加速新材料的創(chuàng)新過程。

4.全生命周期綠色化，資源能源高效利用。

世界各國都積極將新材料的發(fā)展與綠色發(fā)展緊密結合，高度重視新材料與資源、環(huán)境和能源的協(xié)調發(fā)展，大力推進與綠色發(fā)展密切相關的新材料開發(fā)與應用。如：歐洲首倡材料全生命周期技術，對鋼鐵、有色、水泥等大宗基礎材料的單產能耗、環(huán)境載荷要求降低20%以上；對新能源材料、環(huán)保節(jié)能材料等的研發(fā)生產，高度重視從生產到使用全生命周期的低消耗、低成本、少污染和綜合利用等。

世界主要地區(qū)新材料產業(yè)相關政策

鑒于材料的戰(zhàn)略性和基礎性作用，新材料技術成為各國競爭的熱點之一。為此，全球主要國家均制定了相應的新材料發(fā)展戰(zhàn)略和研究計劃。

1.美國—國家制造業(yè)創(chuàng)新網絡戰(zhàn)略規(guī)劃、材料基因組計劃等。

美國處于世界科技的領先地位得益于對新材料研究的長期重視和持續(xù)支持。長久以來，美國科研的主導方向是為國防領域服務，所以材料研究與開發(fā)主要集中在國防和核能領域，這使得美國航空航天、計算機及信息技術等行業(yè)的相關材料應用得到迅速發(fā)展。1991年，美國提出了通過改進材料制造方法、提高材料性能來達到提高國民生活質量、加強國家安全、提高工業(yè)生產率、促進經濟增長的目的。自此美國科技政策向軍民結合調整。在已發(fā)表的第一份美國國家關鍵技術報告中，美國就將新材料列為所提出的對國家經濟繁榮和國家安全至關重要的6個領域之首。從克林頓、小布什到奧巴馬政府，美國都將新材料發(fā)展置于國家戰(zhàn)略高度。

美國能源部為了推動清潔能源的發(fā)展，于2010年12月發(fā)布了《關鍵材料戰(zhàn)略》，以解決因產地、供應鏈脆弱以及缺乏合適的替代材料等原因導致的安全問題。2011年12月，又發(fā)布了該戰(zhàn)略的修訂升級版——《2011關鍵材料戰(zhàn)略》，重點支持風輪機、電動汽車、太陽能電池、能效照明等清潔能源技術中用到的稀土及其他關鍵材料。

2011年6月，美國宣布了一項超過5億美元的“制造業(yè)伙伴關系”計劃，其中就包含了材料基因組計劃，目標是使美國企業(yè)發(fā)現、開發(fā)、生產和應用先進材料的速度提高到目前的兩倍。

2012年2月，美國發(fā)布了“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，創(chuàng)建包括先進材料在內的4個領域的聯邦政府投資組合，以促進先進材料的發(fā)展。同時，還發(fā)布了“國家納米計劃”，確定了納米材料、納米制造等8個主要支持領域。

2014年，美國發(fā)布材料基因組計劃戰(zhàn)略規(guī)劃，主要包括生物材料、催化劑、光電材料、儲能系統(tǒng)、輕質結構材料、有機電子材料等9個領域63個方向。

2016年，美國發(fā)布了《國家制造業(yè)創(chuàng)新網絡戰(zhàn)略規(guī)劃》，組建了輕質現代金屬制造創(chuàng)新研究所、復合材料制造創(chuàng)新研究所等，重點發(fā)展先進合金、新興半導體、碳纖維復合材料等重點材料領域。

2.歐盟—地平線2020計劃、歐洲冶金計劃等。

為搶占未來的新興市場，歐盟委員會于2009年9月公布了《為我們的未來做準備：發(fā)展歐洲關鍵使能技術總策略》的文件，將納米科技、微（納）米電子與半導體、光電、生物科技及先進材料等5項科技認定為關鍵使能技術（KETs）。歐盟委員會指出，KETs的技術外溢效應及其所產生的加成效果，可以同時提升通信技術、鋼鐵、醫(yī)療器材、汽車及航天等領域的發(fā)展，因此對歐盟地區(qū)未來的經濟持續(xù)發(fā)展有著重大影響。

歐盟委員會于2011年11月公布了為期7年、耗資800億歐元的“地平線2020”（Horizon2020）規(guī)劃提案，提出專項支持信息通信技術、納米技術、微電子技術、光電子技術、先進材料、先進制造工藝、生物技術、空間技術以及這些技術的交叉研究。

2011年，歐盟以高性能合金材料需求為牽引，啟動了歐盟第七框架計劃下的“加速冶金學（ACCMET）”項目。

2012年，歐洲科學基金會又推出總投資超過20億歐元的“2012-2022年歐洲冶金復興計劃”，對數以萬計的合金成分進行自動化篩選、優(yōu)化和數據積累，以加速發(fā)現與應用高性能合金及新一代先進材料。

2013年開始，歐盟在“地平線2020計劃”中推進了“新材料發(fā)現（NoMaD）”項目，現已建成NoMaD數據庫，以托管、組織和共享材料數據。

2014年，歐盟提出石墨烯旗艦計劃，投資10億歐元支持石墨烯制備、應用等13個方向，推出“納米科學、納米技術/材料與新制造技術”（NMP）項目以及“研究網絡計劃”，加速高性能合金及新一代材料的研發(fā)。

3.德國—工業(yè)4.0。

2012年6月，德國啟動實施了《納米材料安全性》長期研究項目，以了解各類納米材料可能對周邊環(huán)境產生的影響，通過定量化方法對納米材料進行安全性風險評估。

2012年11月，德國啟動“原材料經濟戰(zhàn)略”科研項目，目的在于開發(fā)能夠高效利用并回收原材料的特殊工藝，加強稀土、銦、鎵、鉑族金屬等的回收利用。

德國為鼓勵各種社會力量參與新材料研發(fā)，先后頒布實行了“材料研究MatFo”（1984-1993年）、“材料技術MaTech” （截至2003年）和“為工業(yè)和社會而進行材料創(chuàng)新WING” （始于2004年）3個規(guī)劃。WING規(guī)劃強調密切關注材料的可制造性，致力于協(xié)調各部門間的高水平材料研究。

2013年4月，德國頒布了《關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》白皮書。之后德國將工業(yè)4.0項目納入了《高技術戰(zhàn)略2020》的10個未來項目中，推動以智能制造、互聯網、新能源、新材料、現代生物為特征的新工業(yè)革命。德國企業(yè)界普遍認為，確保和擴大在材料研發(fā)方面的領先地位是其在國際競爭中取得成功的關鍵。

2016年3月，德國發(fā)布了《數字戰(zhàn)略2025》（Digital Strategy2025），確定了實現數字化轉型的步驟及具體實施措施，其中重點支柱項目包括工業(yè)3D打印等。

4.日本—第五期科學技術基本計劃。

日本1994年將其一貫奉行的“科技立國”調整為“科技創(chuàng)新立國”，1996年起實施首個“科學技術基本計劃”，在第四期“科學技術基本計劃”（2011-2015年）中，特別強調材料等高新技術在國家發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位，確定了新材料產業(yè)的重要發(fā)展方向。

日本先后推出了“材料整合（Materials Integration）”項目、“信息統(tǒng)合型物質材料開發(fā)”項目（MI2I：“Materials Research by Information Integration”Initiative）以及“超高端材料/超高速開發(fā)基礎技術項目”。

日本先后啟動了“元素戰(zhàn)略研究（2007年）”、“元素戰(zhàn)略研究基地（2012年）”、“創(chuàng)新實驗室構筑支援事業(yè)之信息統(tǒng)合型物質材料開發(fā)（2015年）”等計劃，融合了物質材料科學和數據科學的新型材料開發(fā)方法，進行龐大的數據庫積累和大數據解析，相關數據庫主要包括日本無機材料數據庫、日本物質材料研究機構（NIMS）的物質材料數據庫、日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）的材料數據庫等。

日本經濟產業(yè)省在2015年公布了《2015年版制造白皮書》，其中3D打印是其大力發(fā)展的項目。

5.韓國—未來增長動力計劃。

2012年6月，韓國知識經濟部和教育科學技術部表示，到2020年將投入5130億韓元（約合人民幣28.2億元）推動“納米融合2020項目”。

2013年7月，韓國政府發(fā)布《第三次科學技術基本計劃》，提出將在5個領域推進120項國家戰(zhàn)略技術（含30項重點技術）的開發(fā)，其中30項重點技術包括先進技術材料、知識信息安全技術、大數據應用技術等。韓國的未來增長動力計劃，集中支持新一代半導體、納米彈性元件、生態(tài)材料、生物材料、高性能結構材料等。

韓國政府在2014年制定了3D打印技術產業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃，并加強了技術開發(fā)、基礎設施建設、人才培養(yǎng)、法律制度完善等基本產業(yè)環(huán)境的建設。2016年，在原有政策與推進工作基礎上，為提高韓國產業(yè)競爭力，韓國制定了《韓國3D打印產業(yè)振興計劃（2017-2019年）》，其目標是在2019年使韓國成為3D打印技術的全球領先國家。

6.俄羅斯—2030年前材料與技術發(fā)展戰(zhàn)略。

俄羅斯也始終把新材料相關技術產業(yè)作為國家戰(zhàn)略和國家經濟的主導產業(yè)。2012年4月發(fā)布的《2030年前材料與技術發(fā)展戰(zhàn)略》將18個重點材料戰(zhàn)略列為發(fā)展方向，其中包括智能材料、金屬間化合物、納米材料及涂層、單晶耐熱超級合金、含鈮復合材料等，同時還制定了新材料產業(yè)主要應用領域的發(fā)展戰(zhàn)略。

俄羅斯科學院于2015年發(fā)布《至2030年科技發(fā)展預測》，內容主要包括7個科技優(yōu)先發(fā)展方向，即信息通信技術、生物技術、醫(yī)療與保障、新材料與納米技術、自然資源合理利用、交通運輸與航天系統(tǒng)、能效與節(jié)能等。

可以看到，世界主要國家和地區(qū)新材料產業(yè)相關政策，在突出各自特色、優(yōu)勢發(fā)展領域的同時，均強調了三方面的共性重點。

一是高度重視技術研發(fā)。美國“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”將加大研發(fā)投資力度作為重要目標，通過加強并永久化研究以及試驗稅收減免來激勵研發(fā)；德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略尤其重視制造業(yè)的智能化轉型，研究智能化生產過程、整合物流資源、借助網絡提升資源供應方的效率，以實現企業(yè)間價值鏈的橫向集成、網絡化制造體系的縱向集成。

二是高度重視人才培養(yǎng)。日本政府推出的“重振制造業(yè)”措施中提到，要大量培養(yǎng)制造業(yè)人才，政府出資將具有特殊技術的人才作為專家，培訓一線技術人員和制造工人，實現對生產訣竅和傳統(tǒng)制造技藝的傳承；歐盟“地平線2020計劃”也強調了對創(chuàng)新培訓領域的發(fā)展計劃；美國“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”的重要目標之一就是提高勞動力的技能，并由此提出及時更新制造業(yè)勞動力、強化先進制造業(yè)工人培訓、為未來工人提供職業(yè)教育、支持新型制造業(yè)學徒計劃等具體措施。

三是高度重視合作融合。日本政府成立“不同行業(yè)交流合作會議”，推動不同制造業(yè)行業(yè)的相互滲透融合，進而創(chuàng)造新的市場和領域；美國“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”提出建立健全伙伴關系，鼓勵中小企業(yè)參與，通過支持跨部門伙伴關系增強“產業(yè)公地”，并通過創(chuàng)建區(qū)域集群來協(xié)調戰(zhàn)略規(guī)劃和集群內的風險分擔。