海邊風(fēng)場，風(fēng)電機組迎風(fēng)轉(zhuǎn)動。這些阻風(fēng)抗腐的巨大葉片，由一束束直徑僅為頭發(fā)絲1/10、強度為鋼材料7至9倍的高性能碳纖維“編織”而成；
客廳臥房，液晶電視高清超薄。置于顯微鏡下看，實現(xiàn)顯示屏幕輕薄均勻的，是每平方毫米上百粒納米微球，它們相當于內(nèi)部骨架，撐起兩塊玻璃面板。
近年來，身量纖纖卻含金量十足的新材料，不斷擁抱千行百業(yè)，加速飛入千家萬戶。數(shù)據(jù)顯示，2012年以來，我國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴大，總產(chǎn)值年復(fù)合增長率近20%，到2025年產(chǎn)值有望達到10萬億元。
材料強則制造強。作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵領(lǐng)域，目前我國新材料領(lǐng)域取得哪些進展？加快促進新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，向何處發(fā)力？記者采訪了工信部有關(guān)負責(zé)人及業(yè)內(nèi)多家企業(yè)。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大，關(guān)鍵材料相繼突破
走進中國石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地，48K大絲束碳纖維國產(chǎn)生產(chǎn)線正加緊生產(chǎn)。紡絲、凝固、拉絲、干燥，一束束成型的白色原絲經(jīng)過高溫碳化，最終纏繞成一軸軸高性能黑色碳纖維。
別小瞧這細細一束，其中包含了4.8萬根含碳量在95%以上的碳纖維。它們看似柔軟順滑，實則卻是全能選手，不僅強度高、密度低，還耐高溫、抗腐蝕，在高鐵動車、飛機部件、新能源等領(lǐng)域都能見到碳纖維的身影。
高性能為市場拓展打開全新空間。數(shù)據(jù)顯示，近10年來，我國碳纖維需求快速增長，2021年需求量達到6.2萬噸，同比增長27.7%。
“相對于小絲束，大絲束能在保持碳纖維優(yōu)良性能的前提下，實現(xiàn)低成本生產(chǎn)，未來將有更廣闊的工業(yè)應(yīng)用。”中國石化上海石化股份有限公司副總經(jīng)理黃翔宇說，歷時6年多，去年10月，我國首套萬噸級48K大絲束碳纖維國產(chǎn)生產(chǎn)線投料開車，產(chǎn)品性能媲美國外同等級產(chǎn)品，一舉破除碳纖維生產(chǎn)和裝備受制于人的被動局面，真正實現(xiàn)自主可控。“目前正在加緊與下游客戶對接做產(chǎn)品認證，明年全部建成投產(chǎn)后，年產(chǎn)能將突破1.2萬噸。”
千里戈壁，碳纖維助力風(fēng)電葉片迎風(fēng)勁舞；城市中央，也有新材料于無聲處大顯身手。
上海徐匯，田林街道的繁榮商區(qū)，在夜幕里流光璀璨。支撐其電力輸送的，是深埋地下電纜管廊里，一條全長1.2公里的35千伏超導(dǎo)電纜。
“相比于傳統(tǒng)電纜，由超導(dǎo)材料制成的電纜不僅體積重量更小，且載流量能提升5至10倍。”上海超導(dǎo)科技股份有限公司總工程師朱佳敏介紹，公司量產(chǎn)制造的核心材料——第二代高溫超導(dǎo)帶材支撐了世界首條35千伏公里級超導(dǎo)電纜的建成。投運至今，歷經(jīng)零下4攝氏度的寒冬和41攝氏度的盛夏，為約4.6萬用戶持續(xù)穩(wěn)定供電超過400天。“運行數(shù)據(jù)符合設(shè)計指標，驗證了超導(dǎo)電纜大負荷供電的可能性，達到國際領(lǐng)先水平。”
從碳纖維到高溫超導(dǎo)的快速應(yīng)用，是我國新材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的生動腳注。“經(jīng)過多年攻堅，目前我國已形成全球門類最齊全、規(guī)模第一的材料產(chǎn)業(yè)體系。”工信部原材料工業(yè)司有關(guān)負責(zé)人說，近年來，我國新材料產(chǎn)業(yè)取得長足進步，彰顯發(fā)展活力與韌性。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速壯大。2022年，我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約6.8萬億元，較2012年增長了近6倍。新材料領(lǐng)域國家先進制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群數(shù)量累計達到7個。
關(guān)鍵材料持續(xù)突破。復(fù)合材料主結(jié)構(gòu)件應(yīng)用于“天和號”空間站核心艙；民用大飛機用鋁合金薄板、防腐蝕環(huán)氧底漆材料等應(yīng)用于C919大飛機；0.015毫米“手撕鋼”實現(xiàn)世界首創(chuàng)；超大型油輪耐蝕鋼成功用于30萬噸級油輪，我國成為全球第二個掌握該技術(shù)的國家。
創(chuàng)新體系加快布局。材料領(lǐng)域國家制造業(yè)創(chuàng)新中心數(shù)量累計達到6個，占國家制造業(yè)創(chuàng)新中心總數(shù)的25%；專精特新“小巨人”企業(yè)數(shù)量累計達到1972家，約占總數(shù)的22%，新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)日益完善。
緊緊錨定自主創(chuàng)新，后發(fā)追趕全力競速
勠力創(chuàng)新、攻堅克難。新材料產(chǎn)業(yè)茁壯成長的背后，是企業(yè)數(shù)十年如一日的研發(fā)積累和技術(shù)攻關(guān)。然而，在新材料領(lǐng)域，一旦在關(guān)鍵核心技術(shù)上實現(xiàn)了飛躍性創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化突破，市場便會做出相應(yīng)的反饋。
“新材料在許多產(chǎn)品成本中占比不高，但往往決定了下游產(chǎn)品性能的好壞，在高端材料領(lǐng)域更是贏者通吃，很容易形成‘卡脖子’局面。”蘇州納微科技股份有限公司董事長江必旺舉例道，二氧化硅納米孔道結(jié)構(gòu)微球是胰島素等藥物分離純化和分析檢測的必備材料。其制備技術(shù)壁壘高，國內(nèi)基本處于空白。如果按照國外的技術(shù)路徑仿制，設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜，且很難做到國外產(chǎn)品水平。
自2007年起，納微科技踏上了一場自主創(chuàng)新的跋涉。如果說，納米微球當時的既有路徑是“海量篩選”，那么江必旺所選的道路則是“定型栽培”，這意味著新技術(shù)的質(zhì)量穩(wěn)定性更好、效率更高。
“創(chuàng)新是征程，也是苦旅。基礎(chǔ)創(chuàng)新、原始創(chuàng)新很難，產(chǎn)業(yè)化也是很難的一環(huán)。”江必旺回憶，兩年內(nèi)在實驗室實現(xiàn)了技術(shù)突破，但是因為進入了“無人區(qū)”，所以花費了近10年時間自研設(shè)備、優(yōu)化工藝，這才完成邁向產(chǎn)業(yè)化的艱難一躍，掌握了精準量產(chǎn)納米微球的能力。
攤開賬本，過去10年年均超過15%的研發(fā)投入強度，轉(zhuǎn)化為近5年銷售額近10倍的增長。“產(chǎn)品推向歐美后，客戶青睞有加，高性能國產(chǎn)納米新材料在國際市場上占有了一席之地。”江必旺說。
錨定自主創(chuàng)新，一些新材料產(chǎn)品已然奮躍而上、后發(fā)追趕；與此同時，更多新材料企業(yè)正在同一起跑線，與國外同類企業(yè)全力競速。
江蘇昆山，昆山協(xié)鑫光電材料有限公司外圍，一塊塊兩米見方的茶色玻璃緊密排列、在陽光下熠熠生輝。“通過在導(dǎo)電玻璃基材上，涂布一層鈣鈦礦薄膜，再以激光刻定特殊圖案，便能有效吸收太陽光，并轉(zhuǎn)化為電能。”董事長范斌介紹，相較于傳統(tǒng)晶硅，鈣鈦礦光伏材料成本更低、光電轉(zhuǎn)化效率更高，將為逼近技術(shù)天花板的光伏產(chǎn)業(yè)打開全新的增長空間，“2021年，公司百兆瓦中試線已建成，預(yù)計今年底將達產(chǎn)。”
“盡管潛力巨大，但鈣鈦礦光伏技術(shù)發(fā)展時間較短，目前與國外同類企業(yè)都處在中試階段。”北京曜能科技有限公司董事長孫于超說，我國擁有全球最完備的光伏產(chǎn)業(yè)體系和最大的光伏應(yīng)用市場，構(gòu)成我們同臺競技的底氣和優(yōu)勢，隨著國產(chǎn)鈣鈦礦光伏技術(shù)加快成熟落地，將持續(xù)鞏固我國光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，有力保障能源安全。
打通產(chǎn)業(yè)協(xié)同堵點，市場發(fā)展前景可期
“一代材料，一代裝備。”工信部原材料工業(yè)司有關(guān)負責(zé)人表示，作為戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，新材料是未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導(dǎo)，事關(guān)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)大局。
《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)提升，占原材料工業(yè)比重明顯提高。新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力明顯提升，重點行業(yè)研發(fā)投入強度達到1.5%以上，掌握一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵共性核心技術(shù)。
在采訪中，記者發(fā)現(xiàn)，當前我國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨研究先行、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)用銜接“三難”，亟待打通上下游、產(chǎn)學(xué)研合作堵點。
“從無到有的新材料突破，需要設(shè)備、原材料等上下游產(chǎn)業(yè)配套的協(xié)同推進。”范斌表示，以鈣鈦礦光伏材料為例，其使用的導(dǎo)電玻璃的性能和加工工藝有更嚴格的要求，這就需要材料供應(yīng)商也能持續(xù)成長，推動新材料應(yīng)用快速迭代。
脫胎于上海交通大學(xué)，上海超導(dǎo)科技受益于產(chǎn)學(xué)研用融合，也寄望于產(chǎn)學(xué)研用一體化。“公司的原始技術(shù)來源于上海交大，目前已與學(xué)校共建了超導(dǎo)聯(lián)合研究院。”在朱佳敏看來，高校是科技創(chuàng)新的策源地，企業(yè)是技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化的主陣地，“期待更好完善產(chǎn)學(xué)研協(xié)同機制，進一步提升科技成果轉(zhuǎn)化的效率。”
有企業(yè)呼吁進一步加大新材料產(chǎn)業(yè)的資金支持和人才培育。
“新材料往往需要長期持續(xù)的研發(fā)投入，對企業(yè)經(jīng)營造成不小壓力。”江必旺建議，給予更多稅收政策支持，助力企業(yè)攻克“卡脖子”技術(shù)。孫于超提出，一些新材料處在全新領(lǐng)域，缺乏現(xiàn)成人才，需要加快完善學(xué)科建設(shè)、為產(chǎn)業(yè)輸送所需優(yōu)質(zhì)人才。
據(jù)了解，針對材料產(chǎn)需銜接不暢、研制及驗證效率低等難題，目前工信部已創(chuàng)新搭建了民機材料、新能源汽車驅(qū)動電機用稀土永磁材料等重點領(lǐng)域上下游合作機制。同時，健全新材料統(tǒng)計和標準體系，完善新材料學(xué)科建設(shè)、強化各類人才培養(yǎng)。
搶抓機遇，迎接挑戰(zhàn)。新春伊始，接受采訪的新材料企業(yè)規(guī)劃清晰，滿懷信心——
跨過48K大絲束碳纖維產(chǎn)線的國產(chǎn)化門檻，中國石化上海石化正全力以赴拓展市場。“目前部分產(chǎn)品已經(jīng)過客戶認證，意向訂單不斷增加，今年預(yù)計銷售量將突破4000噸。”
乘著高溫超導(dǎo)核聚變的應(yīng)用東風(fēng)，筑廠房、搞裝修、造設(shè)備馬不停蹄，“小巨人”企業(yè)上海超導(dǎo)科技迎來跨越式發(fā)展。朱佳敏告訴記者，“新廠區(qū)投資3億元，今年下半年將搬至新廠房，預(yù)計年底千公里級新產(chǎn)線將組裝完成。”
得益于鈣鈦礦光伏材料的發(fā)展?jié)撡|(zhì)，創(chuàng)業(yè)公司曜能科技前不久拿到一筆大額市場投資。“今年公司團隊已擴展到數(shù)十人，預(yù)計今年下半年，兩兆瓦工業(yè)級產(chǎn)品中試試驗線將達產(chǎn)，加快向百兆瓦級量產(chǎn)產(chǎn)線邁進。”孫于超說。
“下一步將持續(xù)優(yōu)化新材料創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)，統(tǒng)籌推進短板突破和材料先行，加快促進我國新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，在更多新領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)追趕超越。”工信部原材料工業(yè)司有關(guān)負責(zé)人說。