2017年05月17日

为推动我国材料领域科技创新和产业化发展,明确“十三五”时期材料领域科技创新的思路目标、任务布局和重点方向,规范和指导未来五年国家材料科技发展,近日,科技部印发了《“十三五”材料领域科技创新专项规划》(以下简称《专项规划》)。

 

《专项规划》指出了国际与我国材料产业发展的态势,我国材料发展的目标与重点,以及我国对于材料行业的政策支持等。“发展重点”部分从7个方面详细阐述了我国材料行业的重点发展领域与方向,值得投资者与创业者参考。



 

一、国际材料科技发展趋势

 

1、国际材料科技谁领先?

 

美国:在国际上材料领域全面领先。

日本:纳米材料、电子信息材料。

韩国:显示材料、存储材料。

欧洲:结构材料、光学与光电材料、纳米材料。

俄罗斯:耐高温材料、宇航材料方。

中国:在纳米材料、非线性激光晶体、第三代半导体、半导体照明、稀土材料等方面的研究水平和成果与国际先进水平属同一发展阶段,部分处于领先水平。在碳纤维及其复合材料、高温合金、高密度信息存储材料、显示技术等方面与国外先进水平还存在较大差距。

 

2、当今材料技术整体发展态势

 

材料研发重点方向:材料制备与应用向低维化、微纳化、人工结构发展,材料结构功能一体化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备及应用过程绿色化。

 

材料研发周期缩短、可应用材料品种快速增长;材料与物理、化学、信息、生物等多学科交叉融合加剧,多学科交叉在材料创新中作用越来越重要。

 

材料研发向更加惠及民生发展,并在资源和能源的可持续发展中发挥着越来越重要的作用。

 

二、我国材料科技发展形势

 

目前,我国材料领域发展布局合理,已取得丰硕成果。我国钢铁、有色金属、稀土金属、水泥、玻璃和化学纤维等百余种材料产量达到世界第一位。

 

我国材料科技水平的稳步提升和创新能力的不断增强:

 

1. 有效推进了半导体照明、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;突破了超级钢(细晶钢)、电解铝、低环境负荷型水泥、全氟离子膜、聚烯烃催化剂等关键技术,对钢铁、有色、建材、石化等传统产业的优化和提升作出了重要贡献。

 

2. 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。

 

3. 发展了生物医用材料、肝炎和艾滋病快速诊断技术、海水和苦咸水淡化技术等,为科技进步惠及民生提供了一大批新材料、新技术。

 

三、我国材料科技发展需求

 

材料行业目前也面临诸多问题,主要表现在:

 

1. 基础原材料整体技术水平不高,物耗能耗排放较高,环境污染严重(材料行业能耗在工业总能耗和全国能源消费总量中的比重分别达到了60%和44%),产业竞争力不强,利润率低,部分行业产能严重过剩,核心技术、工艺及装备仍然部分依赖进口。

 

2. 新材料行业研发以跟踪国外较多,原始性创新较少,国家重大工程和国防建设对新材料需求强烈,但新材料配套与工程化能力较弱,高端产品产业化程度偏低;

 

3. 新兴材料产业市场巨大,需求强劲,国际竞争激烈,我国高端材料制造业的竞争力和市场份额急需提高。

 

4. 人才队伍中基础研究队伍不稳,工程应用技术队伍流动性不够,新兴产业人才流动性过大。

 

四、关于《专项规划》的发展目标

 

《专项规划》从四个层面部署了材料领域发展目标。发挥材料的基础性和支撑性特征,大力推进量大面广的传统(基础)材料技术提升,满足国家建设需求、实现节能减排;发挥材料的先导性特征,重点发展战略性电子材料、先进结构材料、新型功能与智能材料,满足战略性新兴产业的发展需求;发展前瞻性材料技术,突破纳米材料技术、材料基因工程技术,形成新的技术和经济增长点;加强材料基地与人才队伍建设,增强材料领域的持续创新能力。

 

五、关于《专项规划》的发展重点

 

依据国际发展趋势、国内基础和面临的挑战,紧密结合经济社会发展和国防建设的重大需求,重点凝练七个任务方向。

 

1、重点基础材料技术提升与产业升级

 

1)钢铁材料技术

高品质特殊钢,绿色化与智能化钢铁制造流程,高强度大规格易焊接船舶与海洋工程用钢,高性能交通与建筑用钢,面向苛刻服役环境的高性能能源用钢等。

 

2)有色金属材料技术

大规格高性能轻合金材料,高精度高性能铜及铜合金材料,新型稀有/稀贵金属材料,高品质粉末冶金难熔金属材料及硬质合金,有色/稀有/稀贵金属材料先进制备加工技术等。

 

3)纺织材料技术

化纤柔性化高效制备技术,高品质功能纤维及纺织品制备技术,高性能工程纺织材料制备与应用,生物基纺织材料关键技术,纺织材料高效生态染整技术与应用等。

 

4)石油与化工材料技术

基础化学品及关键原料绿色制造,清洁汽柴油生产关键技术,合成树脂高性能化及加工关键技术,合成橡胶高性能化关键技术,绿色高性能精细化学品关键技术,特种高端化工新材料等。

 

5)轻工材料技术

基于造纸过程的纤维原料高效利用技术及纸基复合材料,塑料轻量化与短流程加工及功能化技术,生态皮革关键材料及高效生产技术、绿色高效表面活性剂的制备技术,制笔新型环保材料等。

 

6)建筑材料技术

特种功能水泥及绿色智能化制造,长寿命高性能混凝土,特种功能玻璃材料及制造工艺技术,先进陶瓷材料及精密陶瓷部件制造关键技术,环保节能非金属矿物功能材料等。

 

2、战略性先进电子材料

 

以第三代半导体材料与半导体照明、新型显示为核心,以大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子材料为重点,推动跨界技术整合,抢占先进电子材料技术的制高点。

 

1)第三代半导体材料与半导体照明技术

大尺寸、高质量第三代半导体衬底和薄膜材料外延生长调控规律,高效全光谱光源核心材料、器件和灯具全技术链绿色制造技术,超越照明和可见光通讯关键技术、系统集成和应用示范,高性能射频器件、电力电子器件及其模块设计、工艺技术及应用示范,核心装备制造技术等。

 

2)新型显示技术

印刷显示器件与基础工艺集成技术,可溶性 OLED/量子点/TFT 等印刷显示关键材料与技术,高性能/低成本/长寿命红绿蓝激光材料与器件技术,激光显示集成技术及关键材料表征与评估技术等。

 

3)大功率激光材料及激光器

激光与物质相互作用机理,大尺寸/低损耗大功率激光晶体和光纤耦合技术,大功率光纤激光材料和器件,高性能非线性晶体材料,高功率光纤激光,短脉冲激光技术,大功率中红外和紫外激光技术等。

 

4)高端光电子与微电子材料

低维半导体异质结材料、半导体传感材料与器件、新型高密度存储与自旋耦合材料、高性能合金导电材料、微纳电子制造用新一代支撑材料、高性能电磁介质材料和无源电子元件关键材料、声表面波材料与器件技术等。

 

5)前沿交叉电子材料

大面积二维电子功能材料、柔性电子材料、钙钛矿电子材料及上述材料异质结构的可控制备;有机/无机集成电子材料和器件。新型高性能微纳光电器件、自旋器件、隧穿晶体管及柔性可穿戴光电、逻辑器件。

 

3、材料基因工程关键技术与支撑平台

 

1)构建三大平台

构建以高通量计算平台、高通量制备与表征平台和专用数据库平台等三位一体的创新基础设施与相关技术。

 

2)研发四大关键技术

多尺度集成化、高通量并发式计算方法与计算软件,高通量材料制备技术,高通量表征与服役行为评价技术,面向材料基因工程的大数据技术。

 

3)典型材料重点示范应用

在构建三大平台(示范平台)和突破四大关键技术的基础上,采用计算(理论)/实验/数据库相互融合、协同创新的研发理念和模式,开展能源材料、生物医用材料、稀土功能材料、催化材料和特种合金材料等验证性示范应用研究。

 

4、纳米材料与器件

 

研发新型纳米功能材料、纳米光电器件及集成系统、纳米生物医用材料、纳米药物、纳米能源材料与器件、纳米环境材料、纳米安全与检测技术等,突破纳米材料宏量制备及器件加工的关键技术与标准,加强示范应用。

 

1)石墨烯碳材料技术

单层薄层石墨烯粉体、高品质大面积石墨烯薄膜工业制备技术,柔性电子器件大面积制备技术,石墨烯粉体高效分散、复合与应用技术,高催化活性纳米碳基材料与应用技术。

 

2)信息电子纳米材料技术

纳米无线传感材料与器件,新型MEMS气敏传感材料与器件,可穿戴柔性及苛刻条件服役传感材料与器件等,新一代电子封装用高折射率高导电高导热高耐湿高耐紫外防老化等透明纳米复合材料。

 

3)能量转换与存储纳米材料技术

纳米结构控制与组装技术,有机-无机高效复合技术,高选择性高转化率纳米催化材料,高储能密度介电、热电、光伏、二次电池材料、低成本燃料电池催化剂、轻质高容量储氢储甲烷材料、柔性可编织超级电容器电极材料等纳米材料与器件技术。

 

4)纳米生物医用材料技术

纳米生物医药材料的结构、形貌可控制备技术,纳米生物医学检测诊断技术,纳米药物与药物智能控释及靶向技术,组织工程支架、纳米再生医学及植入体纳米表面改性技术,高端组织器官修复与替代制品,纳米生物医用材料安全评价及质量关键技术。

 

5)传统产业提升与节能减排用纳米材料技术

纳米功能材料低成本绿色可控制备技术,纳米材料高效单分散与应用技术,新一代智能节能、防腐防污表面处理与性能控制的湿化学技术,纳米改性的结构功能一体化复合材料工程应用技术。

 

6)纳米加工、制备、表征、安全评价、标准技术与装备

纳米尺度内的光电磁力热等物性测量的新的原理、方法、技术、装备和平台体系。环境中纳米材料演化行为,纳米材料与组织、器官、靶细胞、靶分子安全评估系统。纳米材料标准、纳米材料规模化稳定制备与加工新装备系统。

 

5、先进结构与复合材料

 

以高性能纤维及复合材料、高温合金为核心,以轻质高强材料、金属基和陶瓷基复合材料、材料表面工程、3D打印材料为重点,解决材料设计与结构调控的重大科学问题,突破结构与复合材料制备及应用的关键共性技术,提升先进结构材料的保障能力和国际竞争力。

 

1)高性能纤维与复合材料

高性能碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、特种玻璃纤维、耐辐照型聚酰亚胺纤维、耐超高温陶瓷纤维、玄武岩纤维等,新型基体树脂、增强织物、纤维预浸料等,复合材料构件成型与应用。

 

2)高温合金

超纯净冶炼、缺陷控制、组织调控、复杂及大型构件制备关键技术,变形和铸造高温合金一材多用技术,单晶高温合金和粉末冶金高温合金,特殊用途高温与耐蚀合金等。

 

3)高端装备用特种合金

高端特种合金超高纯冶炼与精细组织调控的关键技术,超超临界电站装备用特种合金,高温长寿命低成本轴承合金,高端模具钢材料等。

 

4)海洋工程用关键结构材料

超致密、高耐候、长寿命结构材料,海洋工程与装备用钛合金、高强耐蚀铝合金和铜合金、防腐抗渗高强度混凝土、防腐涂料等。

 

5)轻质高强材料

新型轻质高强材料的新原理与新技术,先进铝合金、镁合金、钛合金、金属间化合物、高熵合金等轻质高强材料,新型轻质材料/结构一体化、智能化、柔性化设计与制造技术。

 

6)高性能高分子结构材料

高性能聚醚酮、聚酰亚胺、聚芳硫醚酮(砜)、聚碳酸酯和聚苯硫醚材料,耐高温聚乳酸、全生物基聚酯、氨基酸聚合物等新型生物基材料,高性能合成橡胶等。

 

7)材料表面工程技术

隔热、耐磨、减磨、抗氧化、抗烧蚀、抗疲劳等涂层材料,零部件耐磨减磨技术、新型等离子喷涂-物理气相沉积技术、新型延寿表面科学与工程技术。

 

8)3D打印材料及先进粉末冶金技术

3D打印高温合金、特殊钢、钛合金、轻合金、高分子材料、结构陶瓷,粉末冶金精密零部件,特种粉末冶金近终成型技术及粉末梯度材料等新型粉末冶金材料。

 

9)金属与陶瓷复合材料

先进铝基、钛基、铁基等金属基复合材料,金属层状复合材料,碳化硅、氧化铝、氮化硅和氮化硼纤维及复合材料,耐高温陶瓷基复合材料,低成本碳/陶复合材料等。

 

6、新型功能与智能材料

 

以稀土功能材料、先进能源材料、高性能膜材料、功能陶瓷等战略新材料为重点,大力提升功能材料在重大工程中的保障能力;以超导材料、智能/仿生/超材料、极端环境材料等前沿新材料为突破口,抢占材料前沿制高点。

 

1)新型稀土功能材料

稀土磁功能、光功能、吸波、催化、陶瓷等功能材料及器件,高性能稀土储氢材料、高纯靶材及薄膜、功能助剂等材料及技术,高丰度稀土应用新技术。

 

2)先进能源材料

高性能薄膜太阳能电池、锂离子电池、燃料电池等关键材料及工程化技术,电池梯级利用与绿色回收技术,乏燃料后处理技术,先进超导线材、薄膜及器件批量制备,高性能热电和节电等材料及技术。

 

3)高性能分离膜

高性能海水淡化反渗透膜、水处理膜、特种分离膜、中高温气体分离净化膜、离子交换膜等材料及其规模化生产、工程化应用技术与成套装备,制膜原材料的国产化和膜组器技术。

 

4)智能、仿生与超材料

高性能传感与驱动、气敏、铁性机敏、形状记忆、压电、巨磁致伸缩、热释电、液态金属等功能材料及技术,超浸润调控、离子通道能量转换等关键仿生材料及技术,高性能多功能超材料及技术。

 

5)新一代生物医用材料

生物医用新材料及技术,高端医疗植介入器械的国产化原材料及制备关键技术,医学诊疗新材料及磁、光靶向生物材料。

 

6)生态环境材料

材料生命周期绿色评价与生态设计,环境友好阻燃材料、净化材料,材料高质化、全生物降解碳中性等工程化技术与示范,失效电子与耐火材料等循环再造技术。

 

7)重大装备与工程用特种功能材料

高速动车组用摩擦制动材料,重大海空装备用耐腐蚀自润滑复合材料,航空航天用压电材料及耐蚀和极端温度的含氟密封材料,超级计算机用高效热管理材料及电磁屏蔽材料,核电站非能动智能保护用温度感知高矫顽力磁性材料及组件,电磁弹射安全系统用新型电磁阻尼材料等。

 

7、材料人才队伍建设

 

通过机制与制度创新,加强材料领域人才队伍建设,形成材料领域核心领军人才、研究开发人才、工程技术人才和技能人才组成的材料人才体系及其评价机制,提升创新创业人才队伍的整体素质和水平,满足材料领域发展的需求。

 

1)不断壮大人才队伍

建设一支规模、结构、素质与实现本规划目标要求相适应的多层次材料人才队伍;培育出材料领域高层次人才2万人,其中包括高层次领军人才1000人。

 

2)统筹各类人才协调发展

围绕战略性新兴材料产业和前沿科学技术,在重点领域培养15-20个团结协作的全链条攻关人才团队,聚集10-15个从事前瞻性技术创新的有活力的青年人才团队,形成研究和创新的人才梯队。

 

3)大幅度提高企业人才素质

突出材料企业人才队伍建设,促进人才向企业聚集,进一步优化人才结构。到2020年,材料企业技术工人占从业人员的比例提升到58%以上,大专以上人才占所有从业人员的比例提升到22%以上。

 

4)逐步形成与材料领域发展相适应的人才培养、使用与管理新机制

通过机制与制度创新,推进材料领域教育、人才、劳动、分配等制度改革,营造适宜高层次人才成长与脱颖而出的良好环境,建立不同类型人才的评价体系。

 

5)加强平台、基地、联盟的建设

积极引导各类人才与团队通过平台、基地、联盟等形式开展合作协作,强化原始创新能力和高技术转移转化能力。在材料领域新建5-10个产业技术创新战略联盟,组建若干个重点新材料国家技术创新中心,建设20-30个国家引导、地方主建的基础零部件和关键构件工程化基地。


文章参考:科技部