新材料产业专题

1 理论·政策·产业新材料产业专题陕西日报 /2013 年/10 月/8 日/ 第 012 版编者按当前，新材料的研发水平及产业化规模已经成为一个国家或区域经济发展、科技进步及综合实力的重要标志。加快培育和发展新材料产业，对于促进战略性新兴产业的发展，促进产业结构调整和转型升级，转变经济增长方式，带动和提升传统产业，抢占国际经济科技竞争制高点具有重要意义。我省是材料产业大省，已建立了较完整的材料研发与生产体系，具有领先全国的明显优势，有力支撑了我省经济社会的发展。但总体上看，我省新材料产业发展层次还比较低，产业链条短，80% 以上产品是原材料初加工。企业创新动力不强，研发投入少，基本上是靠资源禀赋发展。资源消耗大、能耗高，环境污染比较严重。本期周末讲座，邀请到清华大学潘峰教授，为我们分析了我国以及我省新材料技术发展现状与挑战，并阐明了未来发展的重点趋向。赵正永 : 要加快基础设施和工业重点项目建设，把支持重点放在战略性新兴产业、生产服务业和传统产业升级改造项目上。一要强力推进科技资源统2 筹，特别要抓好省科技资源中心、沣东新城统筹科技资源改革示范基地、工业研究院以及航空、航天产业基地等平台建设。二要强化企业主体地位，加大企业研发投入，有效整合各类科技资源开展联合技术攻关，积极促进科技成果就地转化。三要继续深化各项改革，努力打破科技资源分散、分隔、分离状态，促进技术、资本、人才、信息等要素流动共享。四要加强基层科技工作，省上科技计划要加大对基层的支持力度，进一步推动农业科技创新。五要提供有力组织保障，建立健全科技工作目标责任制，为“创新型陕西”建设创造良好环境。娄勤俭 : 优先推进西部大开发，不是简单的承接产业转移，而是要立足于强化创新驱动，不断增强西部地区发展的内生动力。在新的产业布局和建设过程中，陕西的集成电路、装备、硅材料、计算机和消费类电子产业都将面临前所未有的发展机会，将对陕西加快发展战略性新兴产业、构建现代产业体系具有重大意义。特别是在硅材料产业发展方面，当前 12 英寸硅片全部依靠进口，目前陕西有条件填补这一空白，希望国家给予重视和支持。专家讲义摘编战略性新兴产业重点领域新材料技术一、材料的进步、历史地位与社会角色3 (一) 材料是人类文明进步的基石和里程碑人类社会的演进离不开材料的发展和进步，从旧石器、新石器、青铜器、铁器时代，到现在的硅/ 合成材料时代，都打下了材料的烙印。可以说，工具和材料的使用创造了现代人类的进步。以过去100 年为例，硅片导致了信息革命，塑料塑造了现代社会，铝成就了航空航天事业，有力印证了材料在人类社会发展中的重要作用。(二) 材料是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导据统计，我国目前差不多 1/4 的 GDP 来自材料。国防领域过去是“一代装备，一代材料”，依据装备的设计要求来研发材料，现在完全改变成了“一代材料，一代装备”，把材料的地位提高了，因为只有有了新的材料，才有可能把新的装备设计出来。一个最简单的例子就是核弹头在有效推力不变的情况下，每减轻 1 公斤，射程增加 20 公里，所以导弹的弹壳从最开始铁皮，后来变成铝，现在变成复合材料。所以说，不论是国民经济、社会发展还是国防建设，材料的地位和作用都举足轻重。二、我国新材料技术发展现状与挑战改革开放以来，特别是近十年间，新材料与我国经济和社会同步快速发展，不仅促进了我国高新4 技术产业的形成与发展，也带动了传统产业的技术提升和产品的更新换代，成为了我国“战略性新兴产业重点领域”。( 一) 发展现状1、新材料技术由发展到跨越，跨入世界先进行列。从 2005 年起，我国材料领域科技论文数居世界第一位。我国科学研究工作从跟踪国外战略高技术，正逐步转向创新与跨越式发展，创新成为材料科学研究的主旋律，知识产权数量逐年增加，发明专利申请数于 2008 年超越美国、日本，而居第一位。2、材料领域科技人才队伍日益壮大。我国现在从事材料领域科技活动的研发人员有 125 万人，其中传统材料有 60 万人，新材料有 65 万人，高端人才 ( 院士、千人、杰青、) 上千人，每年大学毕业生 4 万多人，硕士生约 10000 人，博士生近 2000 人，形成了非常庞大的新材料科技梯队。3、建立了较完整的材料研发与产业化体系。材料类研发机构数百家，其中国家重点实验室近 30 个，国家工程中心逾 100 个，国家工程实验室 20 多个。有材料类专业高校 421 所，占本科高校 68%，其中“ 211 工程”中设材料相关专业5 的高校 84 所，占总数 88%。4、材料产业蓬勃发展。钢铁、有色金属、稀土、水泥、玻璃、聚乙烯、化学纤维和光纤等百种材料产量达到世界第一位。石化、钢铁、纺织、有色、轻工、建材六大行业占 GDP 22.8%，直接带动城镇就业人口 15%，间接带动的 GDP 总量约 50%，城镇就业人口大于 50%。材料产业呈现集聚发展趋势，区域特色明显， 形成了东、 中、西、京津冀鲁、长三角、珠三角各具特色的发展格局。( 二)主要问题1、整体技术水平不高，资源消耗大、能耗高，环境污染严重，核心技术及关键装备严重依赖进口或者受制于国外。石化、钢铁、纺织、有色、轻工、建材六大行业能耗和温室气体排放均占总量 60%以上。2、新材料行业研发以跟踪国外较多，原始性创新较少。研发品种多，配套与工程化能力低，但高端产品产业化程度低。3、人才队伍质量与结构问题突出，基础研究队伍不稳，工程应用技术队伍流动性不够，而新兴产业人才又流动性过大。4、新材料产业总体规模不大，多数处于发展初期，发展壮大尚需时日。6 三、近十年我国材料领域取得的重大成果( 一)推进了半导体照明、新型显示、高性能纤维及复合材料、多晶硅等成果的工程化和产业化，培育和发展了一批新兴产业和新的经济增长点。1、国内半导体照明技术经过 10 年发展，产业化的水平可以做到 105 流明 / 瓦，光效比白炽灯高 5 倍，比荧光灯高 2 倍，寿命高达数万小时。2、我国在新型显示技术发展上一直领先，从阴极射线管 (CRT)到液晶屏产量都是全球最大的。目前面临着激光数字电影放映机和激光电视的发展机遇。3、在高性能碳纤维和复合材料方面，我国实现了 T300 级碳纤维工业规模生产，突破 T700 级碳纤维工程制备关键技术，制备出 T800 级和高模碳纤维，部分关键装备得到国产化，建设了共享公用的检测平台。4、我国稀土功能材料及其应用产业全球第一，其中资源第一，占世界的 53%；生产第一，占世界的 95%；出口第一， 占国外用量的 90%；应用第一，占世界的 60%。另外，高性能膜材料、电池材料和多晶硅材料技术也都取得了突破性进展。( 二)突破了超级钢 ( 细晶钢 )、电解铝、低环境7 负荷型水泥、全氟离子膜、聚烯烃催化剂等工业化关键技术，对钢铁、有色、建材、石化等传统产业优化和提升做出了重要贡献。1、在 973-863 联合模式下，通过合金成分设计、控温控轧和组织细化，突破大品种钢铁材料强韧化关键技术，将 200MPa 级碳 - 锰普通钢提高到400-500MPa 级细晶钢，实现性能翻一番，并节省了合金元素、大幅度降低了钢材的使用成本。从2007 年起，超级钢年产量超过千万吨级，创造了规模经济效益。2、低温低电压铝电解新技术从低极距型槽结构设计与优化、低温电解质体系、低温低电压铝电解新工艺及临界稳定控制、节能型电极材料制备等方面进行原始和集成创新，形成了具有自主知识产权的系列技术。3、我国水泥工业的科技发展以新型干法生产技术的发展为主导，在预分解窑节能煅烧工艺、大型原料均化、节能粉磨技术、自动控制技术和环境保护技术等方面迅速赶上了世界先进水平。4、全氟离子交换膜材料突破了从原料中间体单体全氟离子膜的关键材料和技术，三个层面上实现了 12 项创新。同期，在交通、清洁能源装备领域用关键材料8 技术上也取得了重大突破。( 三)在纳米材料与器件、人工晶体与全固态激光器、光纤、超导材料等技术领域取得重大进展，在世界科技前沿占有一席之地。1、纳米材料绿色印刷制版技术利用纳米材料亲( 疏)水、亲( 疏) 油特性成像， 实现直接制版印刷，目前已建立产业化示范线。荧光聚合物纳米膜痕量爆炸物探测器在北京奥运会等重大活动和重要部门获得应用。2、深紫外晶体及深紫外激光技术突破了 KBBF 族晶体生长技术，攻克了晶体精密加工和光接触棱镜制作等关键工艺难题，结合了全固态激光技术，在国际上首次实现 KBBF 晶体倍频输出深紫外激光， 、并最终发展出实用化的深紫外固态激光源。3、全固态激光器最大输出功率已超过 7KW，实现了 3KW 全固态激光焊接加工工艺，实现了 kW 级全固态激光高光束质量输出并工程化。4、我国 33.5 米的三相、 35KV/2KA 的高温超导电缆系统在云南昆明成功实现挂网试运行，成为继美国、丹麦之后第三个超导电缆电网运行的国家。在非晶合金带材、半导体及液晶显示器用高纯金属靶材、新一代高性能片式元件材料与关键技9 术、无源器件集成技术等方面也取得长足进展。( 四)发展了生物医用材料、肝炎和艾滋病快速诊断技术、海水和苦咸水淡化等，为科技进步惠及民生提供了一大批新材料、新技术。四、 “十二五”新材料发展重点与目标作为国民经济基础与先导的新材料产业，是促进节能减排和应对金融危机、助力经济平稳较快发展的重要结合点，催生新技术革命和培育战略性新兴产业、支撑经济发展方式根本转变的重要突破口。( 一)总体目标结构材料实现国家重大重点工程规模应用，国产生物医用功能材料产业初具规模，秸秆和水资源等生态环境材料应用达到国际先进水平，光/ 微电子材料与世界先进水平同步高灵敏传感器和生物检测纳米材料与技术进入市场，新一代绿色电池等能源材料占据领先地位，超导材料制备和应用进入世界前三强，材料设计、制备加工、服役、高效利用与工程化形成高水平团队。( 二)重点任务1、奋力抢占微电子 / 光电子材料与器件、新型功能与智能材料、高性能结构材料、纳米材料和器件、先进超导材料、高效能源材料、生态环境材料10 等新材料技术制高点；开展材料设计、制备加工与评价，材料高效利用，材料服役行为和工程化关键技术研发。2、努力培育半导体照明工程、新型显示、高性能电池、 稀土功能材料、 高性能纤维及复合材料、军民两用材料等高成长、高带动战略性新兴产业生长点。3、大力推进钢铁、有色、石化、轻工、纺织、建材等量大面广基础性原材料重点产业关键共性技术重点突破，推进绿色制造，应对气候变化，提升产业整体竞争力，实现结构调整与产业升级，促进我国材料产业由大变强。典型案例钛合金由于具有比重小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、耐低温、可焊、无磁、生物相溶性好等优异特性成为航空等领域重要的结构材料，具有重要的用途，如以航空飞机用材总量中钛合金所占比例为例: 在民机方面，客机波音777 为 7% 、空客 A380为 10% ；在运输机方面， C-17 为 10.30%；在战斗机方面，美国的 F-4 为 8%、F-15 为 25.80% 、F-22 为 41%，法国幻影 2000 为 23%。近五年，我省凭借在钛合金方面的优势，创新研制出具有我国自主知识产权的高强高韧损伤容11 限 TC21 钛合金及中强高韧损伤容限 TC4-DT 钛合金的工业化大锭的均匀化制备技术、大规格棒材损伤容限制备技术等，达到国际领先水平，由这两种钛合金大规格棒材制备的锻件已成功应用于我国某先进飞机上，获得了成功的应用，创造了良好的社会效益和经济效益。这是一个新材料的科研中试产业化的典型案例，也是新材料成果转化的典型案例，形成了工业规模化的生产能力。省委常委、常务副省长江泽林6 月 2 日，听取了清华大学材料学院教授、国家 863 功能材料专题专家潘峰所作的“战略性新兴产业重点领域新材料技术”和西北工业大学张立同院士所作的“连续纤维增韧陶瓷基复合材料应用进展与产业化探索”两个专题报告，有以下几点体会 : 一、新材料的基本概念材料是人类文明进步的重要标志，