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创新和应用——新材料产业的两翼

2013-03-01 01:34:52

   2010-08-19 中国经济网

 

 一块指甲盖大小的超纯硅片,上面居然能集成数不清的电路,从而使计算机的运算速度从每秒几十万次提高到每秒千万亿次以上;

一种被称为碳纤维的丝线,居然具有比许多金属更优越的性能,迅速在航天航空工业和新能源等高新技术领域发挥出不可替代的作用;

一个像三明治似的塑料薄片,居然能像电池一样快速充放电,未来有可能终结当今的电池时代,彻底改变人们使用手机、汽车甚至着装的方式……

这就是神奇的新材料,在一项项推动社会进步、促进产业升级、改变人类生活的技术变革背后,释放出巨大的威力。新材料产业已被公认为是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着显著影响的高新技术产业之一,不仅被国家列为战略性新兴产业,而且被认为是所有战略性新兴产业发展的基石。如何加快培育和发展新材料产业,如何加快促使我国从材料大国向材料强国的转变,为抢占后国际金融危机时期国际经济科技竞争制高点提供重要物质保障。

立足创新材料先行

在去年11月提出的加快发展战略性新兴产业的部署中,新材料产业位列其中,由此新材料才作为一个单独的概念越来越多地进入人们的视野。实际上,早从新中国成立之初,新材料项目就被列入国家科技发展规划《1956—1967年科学技术发展远景规划》,从那时候开始,直到今天的“863”计划、科技支撑(攻关)计划、“973”计划、火炬计划、国家自然科学基金、国家中小企业创新基金以及国家产业化示范工程等等,我国一直在投入大量的人力、物力,持续地支持和引导着新材料产业的发展。

经过多年来的共同努力,我国新材料技术的自主创新能力已有了显著增强,例如在微电子材料、光电子材料与器件、高温超导材料及应用等前沿新技术领域,已在国际上获得了相当的地位。此外,我国一批具有资源优势和技术优势的关键新材料研制也取得重大突破,实现了规模化生产,包括超大规模集成电路配套材料、半导体照明材料与器件、低成本高能量锂离子电池等,形成了新材料产业发展的经济增长点。

“但是,过去新材料产业往往是被附属于各个制造领域而存在,例如光电子材料的研发生产附属于电子元器件加工制造业乃至于信息产业。”国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长李克健告诉记者,“这是由过去我国的工业制造以跟踪、模仿为主的现实情况所决定的。要制造什么样的装备,才决定了去研制什么样的材料,处于相当被动的状态。”这也就间接地导致在不少领域,我国由于基础材料工业的落后制约了下游产业升级发展。

因此,以中国科学院院士、中国工程院院士师昌绪为代表的多位材料领域专家学者都在积极呼吁、倡导着“材料先行”的理念。在师昌绪院士看来,随着经济、技术发展水平的提高,我国已进入建设创新型国家时期,新材料领域的自主创新水平也在逐步提高,而且往往是其他领域开展自主创新实践的重要前提条件之一。“一代新材料催生一代新装备”,“材料先行”已成为自主创新时期的重要特征,也彰显了立足自主创新、加大材料基础研究和学科人才培养力度的重要性。

如今,新材料产业单独作为一个专项其重要性被提升到战略层面,是前所未有的高度,也是一种重大转变。李克健认为,这正是“材料先行”思路的体现,新材料产业就应该走在其下游产业的前面得到独立的发展,然后自如地供下游产业选择使用,真正发挥出材料技术创新在自主创新中的基础性作用。

集中力量重点突破

新材料产业是一个典型的高科技高附加值的产业,但同时也意味着高风险、高投入,前期往往需要大量的科研准备,工程化过程中也需要大量的时间和资金投入。在产业化过程中,需要强化企业在创新体系中的主体地位,但在关键共性技术和科研平台的搭建方面,则需要加大国家规划层面的投入和引导,并充分发挥科研院所在人才和资源上的优势作用。“现在我们将新材料提升到了战略性新兴产业的高度,因此首先应该从国家投入上更加重视材料科学这门基础学科。”李克健说。

新材料领域门类繁多,所以国家投入和引导也不能是“撒胡椒面”,还得抓准关键、集中力量、重点突破。工业和信息化部原材料司有关负责人表示,我国促进新材料产业发展的重点引导方向,一是紧紧围绕战略性新兴产业发展所需,重点突破关键品种和技术装备;二是紧紧围绕国民经济建设重大工程,发展先进结构材料和复合材料、功能材料等;三是紧紧围绕结构调整和升级换代,推动新材料产业与基础材料工业融合发展;四是紧紧围绕世界新材料科技革命发展方向,引导材料产业自身实现跨越式发展等。

据介绍,目前我国正在研究制定新材料产业发展规划和重点产品目录,并将组织实施一批重大工程,还将加强部门协调配合;同时还在研究制定相关财税金融扶持政策,研究设立专项引导资金,加快建立和完善风险投资机制,形成多层次的资本市场体系。

具体而言,有关专家学者进一步建议目前我国新材料产业发展的重点领域,一个是根据我国大力发展可再生能源产业、实现节能环保的需求来加强相关新材料的研发制备。

例如风力发电所需关键材料包括风机叶片用的碳纤维增强复合材料、新型直驱永磁风力发电机用的高性能永磁材料等,太阳能光伏发电所需关键材料包括多晶硅材料、封装材料和背板材料等,以及电动汽车产业发展所需动力电池材料等,都还需要在国家的资金和项目引导下,产学研各个环节开展联合科技攻关,尽快掌握自主核心技术,并提升制备工艺水平,实现材料自身的“绿色生产”;

另一个则是以关键新材料技术的突破,来促进我国基础原材料产品结构调整和产业转型升级。

以传统原材料钢铁为例,我国虽是钢铁产量大国,但精细化生产程度有待提高,需要积极采用新技术(或新工艺、新装备)来提升传统材料性能,提高产品附加值。从上世纪90年代中期开始,我国启动高强度钢研制项目,取得了良好进展,目前已形成了具有自主知识产权的使钢铁产品强度翻番的工艺技术,并实现了产业化,我国在高强度钢领域由此进入世界先进行列。在这类领域,新材料技术施展身手的发展空间非常广阔,价值也很大。

应用带动链群发展

据统计,从2004年到2009年,我国在材料领域的发明专利申请数仅次于日本和美国,为提升我国原始创新能力、提高我国产业技术竞争力奠定了坚实基础,但我国要实现从材料大国向材料强国的转变,还需要继续付出更多的努力。

工业和信息化部原材料司有关负责人向记者介绍说,我国新材料产业发展面临着一些亟待解决的问题,主要表现在:一是资源型、通用型中低档产品较多,高端品种发展滞后,部分关键产品对外依存度高;二是工艺技术装备落后,产业创新能力较弱,拥有自主知识产权的成果不多;三是产业基础薄弱,市场培育和发展还存在不少障碍,缺乏领军型企业;四是体制机制不配套、不完善,基础管理工作比较薄弱,统计体系尚未建立等。

这些问题的解决,“关键是要以应用为牵引”,师昌绪院士认为,新材料科技成果转化以及“产、学、研、用”一体化建设需要由应用来牵引。

优秀庞大的科研团队,具有自主知识产权的技术成果,如果没有创新的“产、学、研、用”一体化模式,没有良好的成果转化机制,就无法有效地形成产业、产生效益。中南大学教授李新海对此深有感触。他所带领的科研团队尝试过多种技术成果转化的模式,最为成功的方法是,根据一项技术成果,先由他们自组公司承担“孵化”工作,基本解决该技术成果的工程化问题,基本已经能够试产出与市场应用对接的产品后,再引入资本方和专业管理团队来收购、做大这个公司,原核心科研团队完全“交底”退出该公司经营管理工作,此后只会继续提供合同式的技术支持与合作,出售孵化公司所得又将作为他们继续开展科研活动以及进行下一次技术成果转化的经费。近10年来,这种“扶上马、送一程”的专业孵化模式,李新海教授和他的团队已成功进行了5次,形成了产学研紧密合作的良性循环。

新材料产品实现降本增效、提高在国际市场上的竞争力也需要应用来带动。新材料及材料新技术替代传统材料,需要经历一个逐步具备产业规模的过程,虽然它节约了资源成本和环境成本,但往往在刚开始的时候生产成本要高于传统材料产品。因此,李克健说,“只有加大应用,技术才会日渐成熟,工程化水平才能提高,自主产品才会达到一个具有国际竞争力的性价比。”师昌绪院士还认为,尤其是国家重点工程建设应带头加大对自主新材料产品和技术的应用,就是支持自主新材料产业发展的最佳途径之一。

新材料产业与上下游产业合作更加紧密的发展趋势,也意味着应用能更好地带动产业链整体发展。“创新产业链合作模式如今已成为业内共识。”杉杉科技总裁、湖南杉杉新材料公司董事长李智华说。作为在锂电池材料行业经营多年的国内最大的综合材料供应商,他们观察到,从去年开始,全球新能源汽车产业链上的几乎全部巨头均已开始了整合之路,材料厂、电池厂、车厂,或二合一,或三合一,目标直指电动汽车商品化市场化。李智华的主要技术合作伙伴之一李新海教授也认为,“作为产业链上游的新材料技术研发应服务于下游产业的应用需求,而下游市场的应用也将推动新材料科研水平的大大提高。”

更进一步地,新材料企业与下游用户纵向联合开发新技术的趋势也在不断加大,这样才能使上下游产品之间实现更好的匹配,产业链上各个环节才能获取更大的经济效益。新材料产业上下游关联性较强的特性也使得其强化了集群式发展的趋势,有利于形成规模经济,从而提高产业的整体竞争能力。