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解读《新材料产业发展指南》关注石墨烯等产业发展

2018-04-24 10:14:01
作者:王元
来源:《腐蚀防护之友》

近年来,我国对石墨烯材料的重视程度日益提高。2007-2013 年间,中国国家自然科学基金关于石墨烯的资助项目达到了 1096 项。随着国际石墨烯研究和工业化开发的进程,国内石墨烯研究和产业化进程逐渐展开,且在主要研究领域均有涉猎,整体接近国外先进水平,部分领域可处于领先水平并掌握了自主知识产权。

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    近年来,我国对石墨烯材料的重视程度日益提高。2007-2013 年间,中国国家自然科学基金关于石墨烯的资助项目达到了 1096 项。随着国际石墨烯研究和工业化开发的进程,国内石墨烯研究和产业化进程逐渐展开,且在主要研究领域均有涉猎,整体接近国外先进水平,部分领域可处于领先水平并掌握了自主知识产权。


    2016 年底,随着《新材料产业发展指南》(下称指南)正式发布,新材料产业(其中包括石墨烯产业)再次获得政策红包。可以从中看出,国家新材料产业发展重点在于突破一批新材料品种、关键工艺技术与专用装备,并不断提升新材料产业国际竞争力。该指南指明三大发展方面,包括先进基础材料,关键战略材料,前沿新材料。并提出将逐步实现“先进基础材料总体实现稳定供给,关键战略材料综合保障能力超过70%,前沿新材料取得一批核心技术专利,部分品种实现量产”的发展目标。

    第一部分 先进基础材料
 
    《指南》提出:“加快推动先进基础材料工业转型升级,以基础零部件用钢、高性能海工用钢等先进钢铁材料,高强铝合金、高强韧钛合金、镁合金等先进有色金属材料,高端聚烯烃、特种合成橡胶及工程塑料等先进化工材料,先进建筑材料、先进轻纺材料等为重点,大力推进材料生产过程的智能化和绿色化改造,重点突破材料性能及成分控制、生产加工及应用等工艺技术,不断优化品种结构,提高质量稳定性和服役寿命,降低生产成本,提高先进基础材料国际竞争力。”

    NO.1 先进钢铁材料
 
    21 世纪的高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、石油开采和长距离油气输送管线、大型储存容器、工程机械、精密仪器、大型民用船舶、军用舰艇、航空航天、高速铁路及能源设施等的发展需要高性能、长寿命和低成本的先进钢铁材料。可以发现,高质量、高性能、低成本、环保性将是先进钢铁材料发展的主流方向。

    NO.2 先进有色金属材料
 
    有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外的所有金属。我国有色金属材料经过几十年的努力,已经在产量和规模方面取得了重大进展,是目前世界上的有色金属生产大国。有色金属材料是国民经济发展的基础材料,航空、航天、汽车、机械制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。大力发展有色金属新材料产业,加速有色金属新材料的研究和开发,对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。

    NO.3 先进化工材料
 
    先进化工材料不仅是航空航天、高速铁路、大飞机、新能源、电子信息等高新技术产业发展的重要材料,同时也是促进传统产业实现节能减排和发展低碳经济的主要材料,包含材料种类复杂多样。目前我国高性能聚烯烃、氟硅树脂、特种合成橡胶等先进化工材料子行业已经取得了一定程度的发展。与传统基础化工低门槛、过度竞争的路径不同,先进化工材料的共性特征是少批量生产、高技术含量,再加上需求的替代,行业盈利前景明朗。

    NO.4 先进建筑材料
 
    发展先进建筑材料是可持续发展战略的要求,大力推进先进建筑材料生产过程的智能化和绿色化改造,与我国新提出的建设资源节约型环境友好型社会的方针政策相适应,是建筑行业材料发展的必由之路。2016 年我国新型建材行业工业总产值突破 10000 亿元,2011-2016 年国内新型建材行业年均增速超过15%。预计 2020 年我国新型建材行业产值将达到 18000 亿元。以绿色建筑发展为例,根据国家规划,到 2020 年我国城镇绿色建筑占新建建筑比重将提升至 50%,市场发展前景可期。

    NO.5 先进轻纺材料
 
    先进轻纺材料包括高端产业纺织品及复合功能纺织材料等,一般具有技术含量高、产品附加值高、劳动生产率高、产业渗透面广等特点。目前,先进轻纺材料已被广泛应用于医疗卫生、环境保护、交通运输、航空航天、新能源等领域。

    总体来看,先进轻纺材料市场规模超过千亿,随着下游应用领域的发展,将给我国先进轻纺材料行业提供良好的发展机遇和广阔的发展平台。

    第二部分 关键战略材料
 
    《指南》提出:“紧紧围绕新一代信息技术产业、高端装备制造业等重大需求,以耐高温及耐蚀合金、高强轻型合金等高端装备用特种合金,反渗透膜、全氟离子交换膜等高性能分离膜材料,高性能碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维及复合材料,高性能永磁、高效发光、高端催化等稀土功能材料,宽禁带半导体材料和新型显示材料,以及新型能源材料、生物医用材料等为重点,突破材料及器件的技术关和市场关,完善原辅料配套体系,提高材料成品率和性能稳定性,实现产业化和规模应用。”

    NO.6 高端装备用特种合金
 
    突破高端装备用特种合金技术是实现高端装备制造业等战略性新兴产业高速发展急需解决的问题。根据 Marketsand markets 预测,到 2020 年,高性能合金全球市场规模将达到97.0亿美元,年复合增长率达 4.34%。以高温合金为例,高温合金广泛应用于军用、民用的各个领域。其中军用和民用飞机对航空发动机用高温合金的性能有极高的要求。预计中国未来 5 年每年航天航空及汽车用高温合金市场空间达到 50 亿元以上。

    NO.7 高性能分离膜材料
 
    膜产业被国家定位为战略性新兴产业,得到了国家的高度重视和支持。《中国膜行业“十三五”战略发展规划》提出“十三五”功能膜产值在“十二五”的基础上实现翻番,年均增长20%左右。 “十三五”末期,功能膜产值突破 2500亿元,出口实现 100 亿元 / 年。另根据Research and markets 预测,到 2019 年,全球膜分离市场规模将达到392亿美元,年复合增长率达 4.34%。

    NO.8 高性能纤维及复合材料
 
    高性能纤维及复合材料已经在风电、化工储罐、输水管道、电器绝缘、船艇、冷却塔、卫浴等领域获得较大规模应用市场。其作为国家战略性新材料产业重要组成部分,并以七大战略新兴产业中的节能环保、高端装备制造、新能源、新能源汽车等产业为重点服务对象,必将随着国民经济的转型,获得快速发展。未来有望形成较大规模市场的领域包括:车船轻量化、建筑工程、电气绝缘、水处理工程、化工防腐、能源环保市场等。

    NO.9 新型能源材料
 
    新能源是降低碳排放、优化能源结构、实现可持续发展的重要途径,新能源材料是引导和支撑新能源发展的重要基础,对新能源的发展发挥了重要作用,一些新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生,一些新能源材料的应用提高了新能源系统的效率,新能源材料的使用也直接影响着新能源系统的投资与运行成本。

    NO.10 稀土功能材料
 
    我国稀土储量居世界第一( 占36%),出口量、产量、消费量均居第一。稀土与光电、信息、能源以及国家安全等高技术领域与行业联系紧密,产品具有很高的附加值,特别是在磁性材料、发光材料、储氢材料等高科技领域的广泛应用,为国民经济、国防及社会发展提供重要的支撑。因此稀土作为不可再生的重要战略资源受到了广泛的关注和重视。

    NO.11 先进半导体材料
 
    半导体材料可分为单质半导体及化合物半导体两类,前者如硅(Si)、锗(Ge)等所形成的半导体,后者为砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、磷化铟(InP)等化合物形成,因其优秀性能正成为新一代半导体材料。三大材料中,GaAs 是大头,主要用于通讯领域,全球市场容量约74亿美元,主要受益通信射频芯片尤其是 PA 驱动;GaN 大功率、高频性能更出色,主要应用于军事领域,目前市场容量不到 2 亿美元,但未来望成长至 10 亿美金;SiC可用作大功率高频功率半导体如 IGBT 和MOSFET,当前 2 亿美金市场,未来望成长至 20 亿美金,化合物半导体市场未来望超 100 亿美金。

    NO.12 新型显示配套材料
 
    显示技术是人机联系和信息展示的窗口,广泛应用于工业、娱乐、通讯、教育、交通、医疗、军事等社会生产,生活的各个方面。其中印刷显示、柔性显示、激光显示被认为是未来主流的显示方式之一。据 IDTechEx 预测,2016 年,印刷、柔性和有机电子市场规模将达265.4 亿美元,至 2026 年将达到 690.3亿美元。

    NO.13 生物医用材料等其他关键战略材料
 
    生物医用材料行业是植入性医疗器械的核心上游环节,伴随植入性医疗器械产业的发展,我国现代生物医用材料产业已初具雏形,并进入高速发展阶段。

    预计我国医用材料市场销售额复合增速接近 30%,保守估计 2015 年和 2020 年年销售额可分别达到 370 亿美元和 1355亿美元,到 2020 年中国将成长为世界第二大生物医用材料市场,占全球市场份额将达到 22%。

    第三部分 前沿新材料
 
    《指南》提出:“以石墨烯、金属及高分子增材制造材料,形状记忆合金、自修复材料、智能仿生与超材料,液态金属、新型低温超导及低成本高温超导材料为重点,加强基础研究与技术积累,注重原始创新,加快在前沿领域实现突破。积极做好前沿新材料领域知识产权布局,围绕重点领域开展应用示范,逐步扩大前沿新材料应用领域。”

    NO.14 3D打印用材料
 
    未来 10 年,为满足航空航天、生物医疗、汽车摩配、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,3D 打印金属粉末需求量将年均增长30%,到 2020 年需求量达 800 吨,到2025 年达 2000 吨。

    NO.15 超导材料
 
    自 1911 年昂内斯发现超导现象开始,超导材料就以其神奇的特性吸引了学术界及产业界的持续关注。目前第一代及第二代高温超导材料已投入商业化运营,在超导电缆、超导限流器、超导滤波器等领域实现了较为成熟化的应用。我国在智能电网、大科学装置方面对超导材料的需求持续增长,预计到 2020 年需求量将达到 100 亿元,到2025 年达到 150 亿元。

    NO.16 智能仿生与超材料
 
    超材料是通过在材料关键物理尺度上的结构有序设计,突破某些表观自然规律的限制,获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料与智能结构的融合可显著拓展智能结构感知、探测的环境刺激类别和范围,大幅提高智能结构的性能并创造新型智能结构,从而极大丰富“智能 +”应用的内涵和外延,如实现传统材料智能结构所不能达到的高速数据传输、自主电磁波控制、高效率热电转化等。

    智能仿生与超材料是智能制造、智能传感的核心材料,实现规模化制造及应用极为迫切,预计将以 40% 的年复合增长率快速发展,到 2020 年,其市场规模将达近 650 亿美元。

    NO.17 石墨烯材料
 
    石墨烯的厚度仅有 0.34nm,但却拥有很多人们意想不到的优异性能。柔性、高强度、高透明度、极好的电学和热学性能、很大的比表面积等等,石墨烯材料集多种优异性能于一体,被认为是主导未来高科技竞争的超级材料,广泛应用于电子信息、新能源、航空航天以及柔性电子等领域,可极大推动相关产业的快速发展和升级换代,市场前景巨大,有望催生千亿元规模产业。

标签: 《新材料产业发展指南》, 石墨烯, 产业发展

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