中國冶金報社
記者 楊悅 報道
“在第4次工業(yè)革命浪潮下，市場對新材料的需求愈發(fā)迫切，中國高端新材料發(fā)展正處于關鍵窗口期。”5月19日，在北京召開的2025年北京新材料大會暨第七屆京津冀石墨烯大會上，中國工程院院士、中國工程院原副院長、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會主任干勇，在做題為《新材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展》的報告時如是指出。
圖為干勇
他表示，當前國家正全力推進新材料領域戰(zhàn)略布局。國家新材料實驗室在蘇州落成，國家新材料數(shù)據(jù)中心也已啟動建設，“十五五” 新材料重點國家計劃指南與頂層設計同步推進，這些都標志著我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來關鍵轉(zhuǎn)折點。
新材料自主研發(fā)能力步入高端化、快速發(fā)展階段
干勇表示，從全球格局來看，美國、歐洲、日本目前處于新材料領域第一梯隊，中國領銜韓國、俄羅斯等組成的第二梯隊。盡管如此，國際新材料產(chǎn)業(yè)壟斷趨勢卻在不斷加劇，東麗、帝人、英偉達等行業(yè)巨頭的市場控制力持續(xù)增強。值得肯定的是，我國材料產(chǎn)業(yè)已構(gòu)建起較為完整的生態(tài)體系，近200種材料產(chǎn)量位居世界首位。我國新材料自主研發(fā)能力步入高端化、快速發(fā)展階段，半導體照明、電致發(fā)光QLED材料、光伏材料等多個領域達到國際領先水平。從科研成果來看，我國新材料領域論文專利數(shù)量全球居首，其中半導體材料專利數(shù)量更是達到美國的兩倍。
干勇介紹，關鍵新材料作為我國國家重大工程實施的物質(zhì)根基，為初期建設、重大工程推進、高端裝備制造以及信息能源發(fā)展提供了堅實保障，在各領域取得了顯著成就。在材料創(chuàng)新體系建設上，隨著國家材料實驗室成立，50余個新材料重點實驗室獲批，各區(qū)域新材料實驗室、企業(yè)技術中心也蓬勃發(fā)展，浙江甬江實驗室、東莞松山湖實驗室等都是其中的優(yōu)秀代表，新平臺與新模式正不斷涌現(xiàn)。
“從重點領域的支撐保障能力來看，第4次工業(yè)革命推動新型信息技術、能源科學與功能材料邁向新高度。先進技術、人工智能、通信網(wǎng)絡、量子計算等領域?qū)π虏牧系男枨蟪掷m(xù)攀升，能源動力、信息顯示、生命健康等領域更是需求旺盛。經(jīng)預測，到2030年，我國高溫合金需求量至少達7萬噸；三代半導體、半導體拋光片年產(chǎn)量將達7.5億片，半導體外延芯片達 6億平方英寸。當前，以新東方為首的企業(yè)，信息顯示液晶面板年產(chǎn)量達3.6億平方米，耐熱鋼等材料的需求同樣龐大。”他列出了一組數(shù)據(jù)，并展開講道。
干勇表示，近年來，我國在諸多關鍵材料領域?qū)崿F(xiàn)快速發(fā)展。高溫合金、特種合金、超導材料、碳纖維、碳化硅晶片等成果顯著。反觀國外，美國、歐洲、日本聚焦先進材料研發(fā)，重點推進材料基因組計劃，主攻下一代光電、納米超材料、顯示材料、超寬禁帶材料以及低維材料等領域，同時將微電子、光電子通訊、人工智能、光電融合材料作為研發(fā)重點。
“在我國積極推進新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展格局中，以新能源為根基的技術路徑，與美國依托人工智能算力大模型的領先優(yōu)勢，形成全球科技競爭的兩條帶有對抗意味的主線。”他說。
在此背景下，大國之間的競爭愈發(fā)激烈，中國在材料及各領域都亟需提升自主創(chuàng)新能力，以增強核心競爭力。
人工智能或?qū)⒁龑Р牧峡茖W領域變革
據(jù)干勇所述，我國新質(zhì)生產(chǎn)力體系中雖已融入人工智能，但AI技術的發(fā)展需要海量算力支撐與能源消耗。“這正是華為等企業(yè)在信息技術、能源體系及第四次工業(yè)革命關鍵領域的布局重點。”他說。
從石墨烯等低維材料的突破，到半導體技術在材料、器件、能源、信息領域的深度演進，我國正構(gòu)建跨學科的技術融合體系。與此同時，美國憑借完整的人工智能實驗室網(wǎng)絡與5G開發(fā)體系，正推動大模型生成式 AI 向通用人工智能加速演進，并將AI技術深度嵌入材料科學、氣候研究、生命科學等前沿領域。
干勇表示，在材料科學領域，人工智能正引發(fā)革命性變革。通過高通量第一性原理計算模型，材料研發(fā)效率實現(xiàn)指數(shù)級提升。美國已從3200萬種材料結(jié)構(gòu)中，通過AI預測篩選出全固態(tài)電池材料，并完成 “理論預測—實驗驗證—應用落地” 的閉環(huán)。目前，全球已識別出38萬種熱力學穩(wěn)定晶體材料，AI驅(qū)動的材料發(fā)現(xiàn)速度較傳統(tǒng)實驗模式提升數(shù)百倍。“這種技術進步，可謂一日千里。”他說。
“面向未來制造場景，智能制造的核心聚焦于智能裝備、智能機器人與極端制造技術。”干勇介紹，就微觀尺度制造而言，以原子、分子、電子為基礎單元的材料制備技術至關重要。通過精準控制微觀成分與結(jié)構(gòu)（如熱、電、光、磁效應調(diào)控），可開發(fā)光子材料、光電材料、碳基材料及超高性能復合材料，直接支撐芯片、集成電路、微型機器人等領域的迭代升級。目前，我國已實現(xiàn)原子級精密合成新材料，為納米電子學與量子器件奠定基礎。就宏觀尺度制造而言，在極端制造領域，我國已掌握600噸級核能壓力容器、數(shù)百噸大鍛件等超大型構(gòu)件的制造能力，深海探測器、深地鉆探裝備、深空航天器所需的極端環(huán)境材料（如耐超高溫、超低溫、強輻射材料）均實現(xiàn)技術突破。在量子計算與新型存儲領域，全球正沿著超導、光量子、半導體、拓撲量子計算等多元技術路線探索。與此同時，3D存儲技術的成熟，為海量數(shù)據(jù)存儲與算力提升提供了新范式。
力爭2035年全面建立材料前沿支撐技術體系
干勇介紹，近日，科技部正式發(fā)布《新材料重大專項（科技創(chuàng)新2030重大項目）》，圍繞高溫合金、高端裝備用特種合金、高性能纖維及復合材料等7大領域、160余種關鍵材料展開研發(fā)攻關，明確了2025年、2027年、2030 年重點材料自給率目標，目前31個應用系統(tǒng)已全面啟動。其中，中國的新材料重大項目七大方向包括核級碳化硅、氮化硅、碳化硼粉體產(chǎn)業(yè)，高性能碳化硅纖維產(chǎn)業(yè)，核廢處理用陶瓷固化體，陶瓷基選擇性發(fā)射體，多孔陶瓷，稀土材料，面向未來產(chǎn)業(yè)布局的新材料。
這一國家戰(zhàn)略級專項不僅為新材料產(chǎn)業(yè)注入強勁動能，更推動儀器設備行業(yè)迎來技術升級與市場擴容的雙重機遇，引發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈高度關注。
干勇認為，通過七大領域突破，我國將在航空航天動力系統(tǒng)、極端環(huán)境裝備、新一代信息技術、綠色能源等關鍵領域?qū)崿F(xiàn)材料自主可控，同時以材料基因組計劃為引擎，推動 “數(shù)據(jù)- 設計-制造” 全鏈條智能化，助力我國從 “材料大國” 向 “材料強國” 跨越，在全球科技競爭中構(gòu)建戰(zhàn)略優(yōu)勢。
作為大會主題，石墨烯等先進碳材料備受關注。干勇指出，中國已實現(xiàn)晶圓級石墨烯單晶生長技術突破，其散熱膜應用于華為等超3億部終端設備。石墨烯在半導體封裝、集成電路、高壓電網(wǎng)等領域的產(chǎn)業(yè)化進程加速，未來或推動芯片技術“換道超車”。此外，中國在金剛石領域占據(jù)全球95%產(chǎn)能，6G通信高頻器件、大尺寸CVD金剛石制備技術國際領先；碳纖維年產(chǎn)能預計2030年達15萬噸，支撐風電、航空航天等重大需求。
“到2035年，我們要全面建立滿足戰(zhàn)略領域和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的材料前沿支撐技術體系，致力建成可以支撐科技強國發(fā)展的材料強國。”干勇最后表示。
