新材料产业剖析
新材料产业介绍 2012.6.8 一、材料概况及分类 二、新材料发展趋势和研究热点 三、全球新材料产业规模和发展速度 四、中国新材料产业现状及战略规划 五、中国化工新材料发展方向 六、太阳能背板中的有机高分子材料 七、新材料巨头杜邦公司的产品举例 八、化工新材料的开发流程 报告内容 一、材料概况及分类 新材料定义 材料分类 身边有哪些新材料？ 什么是新材料? 新材料又称为先进材料（Advanced Material)，是指那些新出 现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊 功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，传统 材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能 或出现新的性能都可发展成为新材料。 新材料的主要特征： 1、知识密集、技术密集和资金密集的新兴产业 2、与新工艺、新技术密切相关，往往在极端条件制备形成 3、不靠大规模生产来提高竞争能力，而靠独特的优良性能 4、需各学科与技术之间的相互交叉 新材料分为“新兴产业需求材料”、“重点行业高端材料”和“前沿 技术新型材料”三种，分别代表了市场新、工艺新和技术新三 种特征。 新材料 信息 新能源 航空航天 生物 基于材料对社会发展的作用，人们已提出信息、能源和材 料并列为现代文明和生活的三大支柱，而材料又是能源和信息 的基础。 21 世纪将是以新材料为重要基础的知识经济时代，谁掌握 了最先进的材料，谁就能在高技术及其产业的发展上占有主动 权。 材料对社会发展的作用 材料分类类 （按组组成分） 材料 无机 材料 有机 高分 子材 料 非金属材料 （陶瓷、玻璃、水泥） 金属材料 天然高分子材料 合成高分子材料 淀粉 纤维素 蛋白质 天然橡胶 合成塑料 合成橡胶 合成纤维 合成粘合剂 合成涂料 材料分类类 结构材料 以材料的力学性能为应用基础，用于制造以受力为主的构件。 当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热 导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。 新型结构材料主要分为以下三大类 新型金属材料 新型无机非金属材料 高分子及复合材料 新材料分类 功能材料 以材料的物理、化学、生物性能为主要应用基础，具 有特殊功能的材料。 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力 、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物 技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础 材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、 建材等起着重要作用。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起 着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中 ，功能材料约占 85 % 。 八大类功能材料分类 按其性质、功能或实际用途划分 光：光导纤维、液晶高分子、感光树脂、阳光选择膜、光致 变色高分子、发光高分子等； 电：高分子半导体、高分子超导体、高分子电解质、电致变 色高分子、压电高分子、热电高分子等； 磁：塑料磁石、磁性橡胶、光磁材料等。 热：耐烧蚀材料、热释光塑料、形状记忆高分子等； 声：消音材料、防震材料、超声波发震材料等； 生物：医用高分子（人工脏器、手术缝合线、矫形外科）、 高分子药物等； 化学：高分子试剂、高分子催化剂、离子交换树脂等； 其他：功能膜、智能材料、高分子絮凝剂、吸附树脂、螯合 树脂、高分子减阻剂等。 二、新材料发展趋势和研究热点 （1）电电子信息材料 电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基 础产品领域中所用的材料，主要包括单晶硅为代表的半导体微 电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶 瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼永磁材料为代表的磁性材料 ；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压 电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色 电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信 息家电与网络技术等现代信息产业的发展。 电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、 高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。当前的 研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、 ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显 示材料以及各种纳米电子材料等。 新材料发展趋势 （2）新能源材料 新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最 具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、 生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次 电源中的氢能等。新能源材料则是指实现新能源的转化和利 用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括储 氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和 LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半 导体材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的 反应堆核能材料等。 当前研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电 池材料、中温固体氧化物燃料电池电解质材料、多晶薄膜太 阳能电池材料等。 新材料行业发展趋势 （3）纳米材料 纳米材料是指由尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超细颗粒构 成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。纳 米材料的概念形成于80年代中期，由于纳米材料会表现出特异的 光、电、磁、热、力学、机械等性能，纳米技术迅速渗透到材料 的各个领域，成为当前世界科学研究的热点。按物理形态分，纳 米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳 米相分离液体等五类。尽管目前实现工业化生产的纳米料主要是 碳酸钙、白炭黑、氧化锌等纳米粉体材料，其它基本上还处于实 验室的初级研究阶段，大规模应用预计要到5-10年以后，但毫无 疑问，以纳米材料为代表的纳米科技必将对二十一世纪的经济和 社会发展产生深刻的影响。 当前的研究热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代表的纳米 组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等高性能纳米结构材料；纳 米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开 关等纳米电子器件的研制、C60超高密度信息存贮材料等。 新材料行业发展趋势 （4）复合材料 复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组 成具有两个或多个相态结构的材料。该类材料性能优于组成中的任一单 独的材料，而且具有单独组分不具有的独特性能。 按用途可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料 主要作为承力结构使用的材料，由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、 陶瓷、高聚物、金属、纤维、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃 、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材 料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材 料等。功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性 能的复合材料。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变色、吸声、 阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来 的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流。 未来复合材料的研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料 和多功能智能复合材料等领域。 新材料行业发展趋势 （5）生态环境材料 生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义 和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国内外 材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境材料是 具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的材料。 这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污染 小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生循环 利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括：环境相 容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨 、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装容器）、生 态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物降解塑料等） ；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材料（分子筛、离 子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂）等。 生态环境材料研究热点和发展方向包括再生聚合物（塑料） 的设计、材料环境协调性评价的理论体系、降低材料环境负荷的 新工艺、新技术和新方法等。 新材料行业发展趋势 （6）生物医用材料 生物医用材料是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、器 官或增进其功能的新型高技术材料，是材料科学技术中的一个 正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，而且与患者 生命和健康密切相关。近10多年以来，生物医用材料及制品的 市场一直保持20左右的增长率。 生物医用材料按材料组成和性质分为医用金属材料、医用 高分子材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。金属、陶 瓷、高分子及其复合材料是应用最广的生物医用材料。按应用 生物医用材料又可分为可降解与吸收材料、组织工程材料与人 工器官、控制释放材料、仿生智能材料等。 生物医用材料的研究和发展方向主要为：改进和发展生物 医用材料的生物相容性评价、研究新降解材料、研究具有全面 生理功能的人工器官和组织材料、研究新药物载体材料和材料 表面改性的研究等。 新材料行业发展趋势 （7）智能材料 20世纪80年代中期人们提出了智能材料的概念：智能材料是 模仿生命系统，能感知环境变化并能实时地改变自身的一种或多 种性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材 料或材料的复合。 智能材料是一种集材料与结构、智能处理、执行系统、控制 系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎 横跨所有高技术学科领域。构成智能材料的基本材料有压电材料 、形状记忆材料、光导纤维、电（磁）流变液、磁致伸缩材料和 智能高分子材料等。智能材料的出现将使人类文明进入一个新高 度，但目前距离实用阶段还有一定的距离。 今后的研究重点包括以下六个方面：智能材料概念设计的 仿生学理论研究、智能材料内禀特性及智商评价体系的研究、耗 散结构理论应用于智能材料的研究、机敏材料的复合集成原理及 设计理论、智能结构集成的非线性理论和仿人智能控制理论等。 新材料行业发展趋势 （8）高性能结构材料 结构材料指以力学性能为主的工程材料，它是国民经济 中应用最为广泛的材料，从日用品、建筑到汽车、飞机、卫 星和火箭等，均以某种形式的结构框架获得其外形、大小和 强度。钢铁、有色金属等传统材料都属于此类。高性能结构 材料一般指具有更高的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能 ，并适应特殊环境要求的结构材料。包括新型金属材料、高 性能结构陶瓷材料和高分子材料等。 当前的研究热点包括：高温合金、新型铝合金和镁合金 、高温结构陶瓷材料和高分子合金等。 新材料行业发展趋势 （9）新型功能材料 功能材料是指表现出力学性能以外的电、磁、光、生物 、化学等特殊性质的材料。除前面介绍过的信息、能源、纳 米、生物医用等材料外，新型功能材料主要还包括高温超导 材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等。 当前的研究热点包括：纳米功能材料、纳米晶稀土永磁 和稀土储氢合金材料、大块非晶材料、高温超导材料、磁性 形状记忆合金材料、磁性高分子材料、金刚石薄膜的制备技 术等。 稀土材料： 稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料 、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土 超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、 磁光存储材料等。 新材料行业发展趋势 （10）化工新材料 优势: 与传统材料相比，化工新材料具有质量轻、性能优异、功 能性强、技术含量高，附加值高等特点。 重要作用: 对国民经济各个领域，尤其是高技术及尖端技术领域 具有重要支撑作用，在应对全球性的能源危机、气候问题、环 境污染及水资源匮乏等紧迫问题上发挥着越来越重要的影响力 。 主要品种: 特种工程塑料及其合金、功能高分子材料、有机硅 材料、有机氟材料、特种纤维、复合材料、微电子化工材料、 纳米化工材料、特种橡胶、聚氨酯、高性能聚烯烃材料、特种 涂料、特种胶粘剂、特种
