布局新材料产业迎接新一轮产业变革

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2016年3月16日，备受瞩目的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（草案）》（以下简称“《“十三五”规划》”）顺利通过了第十二届全国人民代表大会第4次会议的表决，并由新华社在第一时间正式对外发布。《“十三五”规划》指出，“十三五”时期，国际金融危机冲击和深层次影响在相当长时期依然存在，但新一轮科技革命和产业变革蓄势待发。我国经济发展进入新常态，向形态更高级、分工更优化、结构更合理阶段演化的趋势更加明显，必须准确把握战略机遇期内涵和条件的深刻变化，提高发展质量和效益，努力跨越“中等收入陷阱”。

新材料产业作为重要的工业行业，早在“十二五”期间就被列为7大战略性新兴产业之一，并在国家层面上编制了行业发展的规划。在过去的5年中，新材料产业对于促进传统产业转型升级，支撑战略性新兴产业的发展，保障国家重大工程建设都起到了重要的作用。随着“十二五”的胜利收官，新时期的新材料领域布局也逐步展开。2015年5月，《中国制造2025》规划发布，新材料产业成为其中的10大重点领域之一；2016年2月，国家重点研发计划中启动了4个新材料领域的重点专项；刚刚对外发布的“十三五”规划纲要当中，新材料又成为了当中的重点布局领域。这一方面体现出材料行业在国民经济发展当中的重要性，也体现出我国新材料行业的发展正在迈入一个新的时期。习近平主席在2015年10月访英期间曾指出，“在当前新一轮产业升级和科技革命大背景下，新材料产业必将成为未来高新技术产业发展的基石和先导，对全球经济、科技、环境等各个领域发展产生深刻影响”。

一、全球新一轮科技革命与产业变革

1.第4次工业革命正在到来

2016年1月，在瑞士东南部的小镇达沃斯，召开了备受关注的第46届世界经济论坛。来自全球超过2 500位的商业、政府、国际组织、社会和学术及媒体的领袖，围绕“掌控第4次工业革命”的主题进行了研讨。

当前，世界经济和产业格局正处于大调整、大变革和大发展的新时期。一方面国际金融危机的影响仍在持续，世界经济仍复苏乏力，石油与大宗商品价格下跌，主要经济体增长态势持续分化，上一轮科技和产业革命所提供的动能已进入尾声。另一方面，全球新一轮科技革命和产业变革酝酿新突破，包括新能源、移动互联网技术、大数据和智能系统等内容在内的这轮技术革命，将为经济领域带来的巨大机遇。

虽然对于什么是第4次工业革命还没有一个统一的界定，但主流观点都提及了数字化、网络化和智能化等特征。根据德国推出的“工业4.0”的划分标准：第1次工业革命始于18世纪后半期，以蒸汽机为动力的机械生产设备代替了手工劳动。第2次工业革命始于19世纪后半期，用电力来实现基于劳动分工的大规模生产。第3次工业革命始于20世纪后半期，通过电气和信息技术使得自动化程度提高。第4次工业革命则是始于现在，通过构建出创新交互式的智能化、网络化的“信息-物理融合系统（CyberPhysical System，CPS）”，使得数字世界和物理世界无缝融合，达到资源要素在网络系统中的高效配置，实现制造业互联网化，即智能制造。德国提出的“工业4.0”概念在美国则有另一种提法，称之为“工业互联网”，指将机器、人和数据连接起来，并以智能方式进行决策，提高生产率、降低成本，带动整个制造业的升级发展。

对比以往3次革命，这次工业革命将带来更加深刻的变化。它加深了全球经济的不确定性，其发展速度将可能不再是线性发展的，而是爆发式的增长。它正以独特的方式改变着人类生产、分配和消费体系，而不仅仅是改变某个产品或行业，给世界带来“颠覆效应”。

2.世界各国战略布局

为应对新一轮科技革命与产业变革，世界各国纷纷进行战略布局，试图在这一轮大潮中抢占先机。2012年2月，美国国家科学技术委员推出了《先进制造业国家战略计划》，正式将先进制造业提升为国家战略，以抢占新一轮全球制造业竞争的优势地位。2013年4月，德国联邦教研部与联邦经济技术部在汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”战略，以提高德国工业的竞争力。2013年10月，英国政府科技办公室则推出了《英国工业2050战略》，提出英国制造业发展与复苏的政策。部分发达国家重振制造业相关计划见图 1所示。此外，日本提出了“机器人新战略”，韩国提出“智能机器人基本计划”。

西方发达国家所提出的“制造业复兴”战略并非指传统制造业的回流，而是希望依托长期积累的科技优势，实现在先进制造领域的技术突破和应用，从而构建具有强大竞争力的新工业体系，冲击以中国为代表的发展中国家在劳动力等中低端要素方面的成本优势，推动全球范围内的制造业资源重新配置，构建新型的全球产业链和价值链。

3.中国制造强国战略

2015年5月，热议已久的《中国制造2025》由国务院正式发布。这份被誉为中国版的“工业4.0”规划，成为我国主动应对新一轮科技革命和产业变革的重大战略选择，也是未来10年引领和指导中国制造业由大变强，实现“中国制造”向“中国创造”转变的纲领性文件。

按照德国的划分标准，我国工业企业整体处于2.0的水平，需要补上从工业2.0-3.0的差距，才能实现4.0的发展。目前，我国制造业正面临着国际方面的双向挤压。一方面，高端制造领域出现向发达国家“逆转移”的态势。另一方面，越南、印度等一些东南亚国家依靠资源、劳动力等比较优势，也开始在中低端制造业上发力，以更低的成本承接劳动密集型制造业的转移。国内方面，经济发展环境也发生重大变化。传统比较优势减弱，资源约束趋紧，部分行业产能过剩严重。经济增速换挡、结构调整阵痛、动能转换困难相互交织，有效需求乏力和有效供给不足并存，结构性矛盾更加凸显。

但与此同时，我国制造业的发展也迎来了历史性机遇——新一轮科技革命与产业变革。习近平主席在主持中共中央政治局学习时曾指出：“当前，从全球范围看，创新驱动是大势所趋。机会稍纵即逝，抓住了就是机遇，抓不住就是挑战。从国内看，创新驱动是形势所迫。我们要推动新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展，必须及早转入创新驱动发展轨道，把科技创新潜力更好地释放出来，充分发挥科技进步和创新的作用。”

二、新材料是新一轮工业革命的先导和基石

1.材料是整个社会发展的基础和先导

材料是人类文明进步的基石和里程碑。人类文明的发展史，就是一部学习利用材料、制造材料、创新材料的历史。每一个新时代都是因为一种新材料出现而促成的，因此历史学家也将材料及其器具作为划分时代的标志。青铜代替石头，使得人类进入到青铜时代；铁器代替青铜，使得人类进入到铁器时代。维多利亚时代的关键材料钢，使得吊桥、铁路、蒸汽机和轮船成为了可能。20世纪60年代，在硅材料基础上崛起的微电子工业，则使得人类步入信息时代。与此同时，20世纪不断出现的各种崭新材料也改写了人类的生活。例如，建筑师运用结构钢和平板玻璃建起了摩天大楼；赛璐珞的发明成就了电影的诞生；橡胶的出现使得汽车的重要零件轮胎成为可能；服装设计师用高分子彻底改变了人类的住宅和穿着。这些崭新材料的发展不断推动着人类文明的进步。

因此，新材料不单单是材料工业发展的先导，对材料工业的产业升级、更新换代起到推动作用，同时也是各个国家必争的战略性产业。由此，新材料产业已经成为经济发展、社会进步以及国防安全的基础和先导，对于提高一个国家的整体科技、工业化水平、以及综合国力，构建未来科技制高点和国际优势竞争力都至关重要。进入21世纪以来，世界各国对新材料高度重视。迄今为止，20多个国家已制定了与新材料相关的新兴产业发展战略，启动了100余项专门计划（见表1）。仅以美国2013年财年政府研发资金分配为例，美国国家自然科学基金会获得的73.73亿美元中，有3.03亿美元与材料直接相关，有4.35亿美元与纳米研究相关；美国能源部科学办公室49.92亿美元的拨款中，有4.21亿美元与材料工程直接相关，18亿美元与基础能源科学有关（绝大多数涉及材料）；美国国防部研发拨款中，涉及材料及生物1.66亿美元；美国国家标准与技术研究院和国家健康研究中心分别有4.99亿美元和3.37亿美元与材料项目相关。

2.新材料在新一轮革命中的地位

在新一轮工业革命中，新材料也将起到不可替代的重要作用。一个产业的突破通常以该领域新材料技术的突破为前提，而新材料技术的突破往往会孕育一项先进技术的诞生，甚至形成一轮新的产业革命。例如，电子信息技术的快速发展和巨大成就，得益于高纯硅等半导体材料技术的重大突破；太阳能、风能等新材料的技术进步对全球新能源产业的发展起到了巨大的推动作用；高性能碳纤维复合材料的发展正在引发航空工业的革命性变革。

因此，在全球新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起的大背景下，世界各国对于新材料的重视提升到了一个新的战略高度。这些国家纷纷推出相关规划，在研发、市场、产业环境等不同层面上加强政策扶持力度，推动新材料行业的革新，带动新一轮科技革命与产业变革的快速发展。以美国为例，2012年奥巴马宣布实施投资10亿美元的“国家制造业创新网络（National Network for Manufacturing Innovation，NNMI）”计划，遴选出制造领域15项具有广阔应用价值的前沿性、前瞻性的制造技术，并建立制造业创新中心，全面提升美国制造业竞争力。3年间，共成立了包括“3D打印”、“数字化制造与设计”、“下一代电力电子”、“轻量化和现代合金”、“先进复合材料”、“集成光子学”和“柔性混合电子器件”7家创新中心（见图2）。这其中，除“数字化制造与设计”和“集成光子学”2家创新中心以外，其余5家均和新材料有着紧密的关系，可见新材料的开发对于构建先进制造竞争力的重要性。详细来说，3D打印的制造需要用到高性能的金属3D打印材料，高分子3D打印材料。碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料是下一代电力电子器件的核心。汽车、飞机、船舶等交通运输装备的轻量化，则需要应用到铝合金、镁合金等轻质金属材料。清洁能源产品如节能电动汽车、风力涡轮机以及氢气天然气储罐等，则涉及先进纤维增强基聚合物复合材料的制造和应用。有机发光材料等先进电子材料是柔性混合电子器件发展所需的关键材料。

三、新材料成为我国“十三五”时期重点布局领域

1.中国材料行业快速发展

材料产业对于国家整个国民经济来说，都是举足轻重的。建国以来，特别是改革开放以来，在国家政策积极引导和产业内在发展动力的推动下，我国新材料产业从无到有，不断发展壮大，在体系建设，产业规模、技术进步等方面取得了明显的成效（见表2）。目前，我国材料领域占整个国民经济GDP的总值的22.8%，占到全国工业总产值的43%，其中新材料份额约为30%左右。钢铁、建材、有色金属、化纤、纺织的工业产量和规模均居世界第1位。量大面广的基础性原材料产业，如钢铁、有色、石油化工、纺织、轻工、建材等6个产业从业人员达到4 600万，占城镇就业人员的15%左右。随着国民经济的持续高速增长，以及战略性新兴产业的快速发展，新材料产业也为促进我国材料产业升级换代、加快经济发展方式转变、提升国防军工实力，及实现节能环保等目标等作出了重大贡献。目前，我国新材料产业本身在技术方面实现了由跟踪到自主创新的跨越，在产业方面则处于由大到强的关键时期。

2.新材料成为新时期必争之地

虽然，我国材料行业取得了长足的进步，但总体来看与世界先进水平差距较大。国际上材料领域全面领先的国家仍然是美国，日本在纳米材料、电子信息材料，韩国在显示材料、存储材料，欧洲在结构材料、光学与光电材料、纳米材料，俄罗斯在耐高温材料、宇航材料方面有明显优势。我国新材料领域在非线性激光晶体、纳米材料、半导体照明等领域与国际先进水平属同一发展阶段，属于并跑竞争，其中一部分甚至是领先水平。但在高密度信息存储材料、显示技术、碳纤维及其复合材料等方面与国外还存在较大差距，属跟跑阶段。

目前，我国新材料行业的发展主要面临以下几个问题，包括基础原材料整体技术水平不高，物耗能耗排放高；核心技术、工艺及装备依赖进口或者受制于国外；配套与工程化能力较弱，高端产品产业化程度低；新兴产业市场巨大，需求明确，但国际竞争激烈；国家重大工程和国防建设对部分新材料需求强烈；产业竞争力不强，利润率低，部分行业产能严重过剩等。

因此，在新一轮5年规划中，为满足国民经济和社会发展对新材料的需求，继“十二五”期间成为7大战略性新兴产业后，新材料又被列为《中国制造2025》规划中重点发展的10大高端领域之一；同时，在“十三五”规划当中的多个章节，都涉及到新材料领域的战略布局（见表3）。这些政策都彰显出，在新时期下国家对于新材料行业的战略规划高度。

3.新材料成为制造强国战略的基石

在《中国制造2025》规划中，分别在2个部分提到了新材料的发展任务。首先，在“强化工业基础能力”战略任务中，明确提出了“加大基础专用材料研发力度，提高专用材料自给保障能力和制备技术水平”。其次，新材料产业领域发展中，提出“以特种金属功能材料、高性能结构材料、功能性高分子材料、特种无机非金属材料和先进复合材料为发展重点，加快研发先进熔炼、凝固成型、气相沉积、型材加工、高效合成等新材料制备关键技术和装备，加强基础研究和体系建设，突破产业化制备瓶颈。积极发展军民共用特种新材料，加快技术双向转移转化，促进新材料产业军民融合发展。高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制。加快基础材料升级换代”。在随后推出的《中国制造2025》重点领域技术路线图中，新材料又被分成了3大板块：先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料，从需求角度提出了发展这些材料的目的和方向（见表4-6）。

第1个板块先进基础材料，是指具有优异性能、量大面广且“一材多用”的新材料，主要包括钢铁、有色、石化、建材、轻工、纺织等基础材料中的高端材料，对国民经济、国防军工建设起着基础支撑和保障作用。我国百余种基础材料产量已达世界第1，但大而不强。面临总体产能过剩、产品结构不合理、高端应用领域不能实现自给3大突出问题。迫切需要发展高性能、差别化、功能化的先进基础材料，推动基础材料产业的转型升级和可持续发展。

第2个板块关键战略材料，主要包括高端装备用特种合金、高性能分离膜材料、高性能纤维及其复合材料、新型能源材料、电子陶瓷和人工晶体、生物医用材料、稀土功能材料、先进半导体材料、新型显示材料等高性能新材料，是实现战略新兴产业创新驱动发展战略的重要物质基础。关键战略材料作用巨大，是支撑和保障海洋工程、轨道交通、核电、航空航天装备等领域高端应用的关键核心材料，也是实施智能制造、新能源、电动汽车、新一代信息技术和国防尖端技术等重大战略需要的关键保障材料。目前，在国民经济需求的百余种关键材料中，约1/3国内完全空白，约一半性能稳定性较差，部分产品受到国外严密控制，突破受制于人的关键战略材料，具有十分重要的战略意义。

第3个板块前沿新材料（革命性新材料），这类材料的发明、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。该版块主要包括3D打印材料、超导材料、智能仿生与超材料、石墨烯等新材料的前沿方向。3D打印材料将满足未来航空航天、生物医疗、消费电子等领域对个性化、定制化复杂形状金属制品的需求。超导材料则在智能电网、大科学装置等方面具有重要应用。智能仿生与超材料是智能制造、智能传感的核心材料，规模化制造及应用的需求极为迫切。石墨烯集多种优异性能于一体，可极大推动相关产业的快速发展和升级换代，有望催生千亿元规模产业。

4.“十三五”规划纲要中的新材料布局

在刚刚推出的“十三五”规划当中，新材料亦成为重要的布局领域之一。在实施创新驱动发展战略，优化现代产业体系，构筑现代基础设施网络，加快改善生态环境等多个篇章均具有体现（见表7）。

在创新驱动发展战略方面，提出了推动战略前沿领域创新突破，“加快突破新一代信息通信、新能源、新材料、航空航天、生物医药、智能制造等领域核心技术”。同时，提出了提升创新基础能力，“加快能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等科学领域和部分多学科交叉领域国家重大科技基础设施建设，依托现有先进设施组建综合性国家科学中心”。“科技创新2030”重大项目当中，将布局6大科技项目和9大工程项目，“重点新材料研发及应用”成为其中之一。

在优化现代产业体系方面，一是在制造强国战略中实施工业强基工程，“重点突破关键基础材料、核心基础零部件（元器件）、先进基础工艺、产业技术基础等“四基”瓶颈”。此外，在支持战略性新兴产业发展方面，“支持新一代信息技术、新能源汽车、生物技术、绿色低碳、高端装备与材料、数字创意等领域的产业发展壮大。大力推进先进半导体、机器人、增材制造、智能系统、新一代航空装备、空间技术综合服务系统、智能交通、精准医疗、高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保、虚拟现实与互动影视等新兴前沿领域创新和产业化，形成一批新增长点”。提出“战略性新兴产业发展行动”，“高端材料”成为入围的6大领域之一。

在构筑现代基础设施网络方面，新材料成为构建智慧能源系统的重要支撑。在“能源发展重大工程”当中，碳化硅电力电子器件，高温超导材料成为能源关键技术装备的重要组成部分。在加快改善生态环境方面，传统高耗能、高污染的材料行业则成为了产业升级的重点。在“环境治理保护重大工程”当中，钢铁、水泥、平板玻璃等行业被列为工业污染源全面达标排放的治理重点。

四、结语

新时期，随着新材料领域相关政策和规划的逐步出台和落实，我国新材料行业的发展正进入到新的阶段，正在从资源密集型向技术密集型，由劳动密集型向经济密集型的方向转变。在新一轮科技革命与产业变革的浪潮当中，新材料行业的变革和升级将成为实施制造强国战略，乃至“十三五”规划的重要基石和保障，对我国国民经济和社会发展产生深刻的影响。

参考文献

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