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1、 十三五 2 017 新 材 料 技 术 发 展 报 告 国 家 新 材 料 产 业 发 展 战 略 咨 询 委 员 会 National Advisory Committee on New Materials Industry Development Strategy NACMIDS 简称材料委 由国家科学技术部于 2001 年 8 月批准成立 国科高字 2001 116 号 定位是独立的咨询中介机构 国家材料领域的第三方智库 非盈利机构 主要任务是承担国家新材料产 业发展方面的战略研究工作 为政府部门 企事业单位提供行业发展建议 材料委通过网站 数据库 战略高层次研讨会等活动 紧密联系材料
2、领域高层次科技和工程人员 加强我国材 料领域学术界 工业界与国际同行的交流 推动我国材料科学技术发展与应用 提升产业结构 增加企业创新能力 与产品附加值 同时坚持独立自主 民主公益的原则 为建设科技创新型国家 构建和谐社会贡献力量 目前 材 料委专家委员会包括 46 位院士及 85 位国内知名材料专家 材料委拟构建 五院一中心 架构体系 全方位服务于我国新材料领域 材料委天津研究院于2016年11月成立 旨在通过对前沿科技信息的把握 对最新技术动态的感知监测 对科技产业的深入研究 对大数据思维和工具的探 索应用 提供专业 全面的信息调研 专家顾问和渠道监测等科技战略咨询服务 打造国内最科学 最
3、完善 最前 沿的新兴科技服务平台 发挥新兴科技服务业在强化科技与经济对接 创新成果与产业对接 创新项目与现实生产 力对接等方面的作用 2017十三五新材料技术发展报告 由材料委天津研究院团队编撰 动员了国内外数十名专家 行业分析师 围绕高性能高分子材料 先进能源与电子材料 先进结构与复合材料 新型功能材料 材料基因工程五大领域 的 16 个专题进行了专项分析 将国内外研发及产业现状 产业发展格局 未来趋势及专家建议汇总梳理成文 供相关人士参考 感谢中国工程院张全兴院士 中国科学院化学研究所徐坚研究员 中国科学院电工研究所所长肖立业 中国科 学院金属研究所孙晓峰研究员 中国科学院光电研究院毕勇研
4、究员 南京大学李弘教授 中国石油化工股份有限公 司北京化工研究院副院长乔金樑 国防科技大学周新贵教授 上海交通大学张荻教授 河南大学王丽教授 北京科 技大学田建军教授 美国爱荷华州立大学吴越副教授 中国科学院上海硅酸盐研究所闫继娜 北京工业大学岳明教授 中国科学院宁波工业技术研究院闫阿儒研究员 浙江大学严密教授 中国科学院半导体研究所陈弘达研究员 中国 科学院物理研究所黄学杰研究员 中国科学院化学研究所吴德成研究员 山东大学王志宁研究员 北京科技大学宿 彦京教授 中国科学院化学研究所赵宁研究员 四川东材科技集团股份有限公司公司副董事长唐安斌等专家对本报 告的指导与支持 中国工程院院士 周 廉
5、国家新材料产业发展战略咨询委员会主任 2018 年 5 月 序 特邀委员 46 人 专家名录 李元元陈建峰陈立泉陈祥宝丁文江段 雪 范守善蹇锡高江东亮姜德生李 卫李言荣 李仲平刘中民毛新平钱旭红邱 勇谭天伟 屠海令王国栋王一德王迎军王玉忠吴以成 谢建新徐惠彬张兴栋郑厚植周克崧周 玉 干 勇王占国王静康甘子钊左铁镛朱道本 李龙土李依依杜善义张寿荣张 泽张 懿 胡壮麒欧阳平凯黄伯云魏炳波 战略委员 85 人 常 辉陈弘达崔福斋崔予文单智伟葛 鹏 顾忠伟韩恩厚韩雅芳胡伯平黄卫东黄小卫 贾豫冬姜 勇蒋成保介万奇来国桥李光宪 李贺军李建保李临西李晓刚李争显刘 敏 刘向宏刘 馨刘兴军马朝利毛小南聂祚仁 潘
6、 峰潘复生乔金樑沈晓冬盛朝迅史文芳 史永超孙宝德孙 军汤慧萍田志凌闻海虎 翁 端吴 锋夏天东熊柏青徐 坚许并社 闫 果姚 燕姚长亮易丹青易健宏益小苏 于希椿张国庆张怀武张立群张平祥张新明 张增志赵永庆周少雄朱美芳左 良高文柱 任志武奚正平高瑞平戴国强王天民王华明 毛传斌冯 勇吕昭平任晓兵刘建章邹志刚 张 荻陆 辛林均品罗宏杰欧阳世翕钟景明 顾 宁 专家名录 前 言 06 目 录 高性能高分子材料 07 高性能分离膜 08 环境友好生物基材料 14 特种工程塑料 19 功能性光学薄膜 27 先进能源与电子材料 32 锂离子二次电池相关材料 33 先进光伏和热电材料 46 第三代半导体材料 56
7、柔性显示 63 先进结构与复合材料 68 增材制造材料与 3D 打印技术 69 高性能纤维及复合材料 78 先进无机复合材料 92 高温合金 100 新型功能材料 106 新型生物医用材料 107 超导材料 113 新型稀土永磁材料 120 材料基因工程 127 材料基因工程 128 材料是人类生存及发展的物质基础 是经济建设和国防安全的重要基石 新材料是现代高新技术发展的先导 是提升传统产业技术能级的关键 新材料的发展及材料技术的创新将会促进国家经济繁荣发展 提升国际竞争优势 是世界各国科技发展战略的重要组成部分 长久以来 美国在材料领域一直保持着全面领先 这得益于美国所制定的一系列促进新材
8、料 新能源技术发展的 战略与规划 先进制造伙伴计划 低成本宽禁带半导体晶体发展战略计划 电动汽车国家创新计划 氢 燃料电池研究计划 材料基因组计划 等战略计划的制定与实施确保了美国在材料领域的领跑地位 日本是世界 公认的材料强国 其早在 第三期科学技术基本计划 中就将纳米技术与材料确定为国家级优先发展领域 在 日本 产业结构展望 2010 中将高温超导技术 纳米技术 碳纤维技术 功能化学技术 高性能 IT 技术等尖端技术及产业 作为新材料的未来发展方向 在 氢基本战略 中将氢能源上升到了国家战略的地位 持续推动燃料电池技术的发展 通过政府对新材料技术的长期支持 日本新材料产业快速发展 确保了在
9、半导体材料 电子材料 碳纤维复合材料等 领域的全球领导地位 欧盟是新材料技术发展最快的区域之一 通过实施 欧盟能源技术战略计划 第七研发框 架计划 地平线2020 等战略计划 欧盟在纳米技术 材料科学 制造技术 空间技术及能源技术等领域迅速发展 我国政府也非常重视新材料产业的发展 近年来 工信部 发改委 科技部等多部委相继发布了新材料产业 战略性新兴产业发展规划及科技发展规划 中国制造 2025 关于加快新材料产业创新发展的指导意见 十三五 材料领域科技创新专项规划 十三五 国家战略性新兴产业发展规划 等战略及发展规划的提 出为我国新材料产业的发展保驾护航 目前 我国新材料产业发展规模不断扩大
10、 发展布局日趋合理 技术水平稳步提升 创新能力日益增强 并取得 了丰硕的成果 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 储能材料 光 伏材料 稀土功能材料 特种不锈钢 超硬材料 玻璃纤维及其复合材料等产业产能居世界前列 半导体照明 新型 显示 高性能纤维及复合材料 多晶硅等领域成果加速工程化和产业化 培育和发展了一批新兴产业和新的经济增长 点 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得到突破 对传统产业 的优化和提升作出了重要贡献 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
11、有了一席之地 生物医用材料 海水淡化技术等材料技术不断发展 为科技进步惠及民生提供了保障 随着新材料产业的迅速发展 世界各国不断抢占新材料 新能源领域的话语权和制高点 巨头企业借助大量资 本和优秀人才把控市场 我国新材料产业发展迎来了关键时期 必须把握住当前材料领域发展的重点 难点 空白 点和关键点 重点发展具有共性 关键性 集成性 带动性的新材料技术 围绕产业化关键技术研发攻关 推动新 材料高端技术的升级换代 引进和培养新材料领域高端人才 创造规模技术和经济价值 服务于国民经济主战场的 迫切需求 建立起具有自主知识产权 完善的战略性新材料产业体系 前 言 高性能高分子材料 高性能分离膜 环境
12、友好生物基材料 特种工程塑料 功能性光学薄膜 ART ONEP 8 高性能分离膜 综述 国内外进展 分离膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料 其可在两种相邻流体相之 间构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度 高性能分离膜作为新型高 效分离技术的核心材料 具有高分离性能 高稳定性 低成本和长寿命等特 征 是实现节能减排和环境保护的重要基础材料 在石油化工 医药 食品 电子 水处理与净化 海水淡化和空气净化等领域具有良好的应用前景 据 MarketsandMarkets预测 2021年全球分离膜市场规模将达到119 5亿美元 复合年均增长率为 10 3 根据分离原理和推动力的不同 高性能分离膜
13、可以主要被分为微滤膜 MF 超滤膜 UF 纳滤膜 NF 反渗透膜 RO 正渗透膜 FO 电渗 析膜 ED 渗透汽化膜 PV 气体分离膜 GS 等几大类 从全球发展现状来看 以美日为代表的国外企业在高性能分离膜领域优势 较为明显 尤其是在反渗透膜领域 形成了寡头垄断的格局 且在正渗透膜 气体分离膜等热点研究领域优势明显 相比较而言 我国在高性能分离膜研究 领域的起步较晚 且中低端产品居多 尤其是在高性能反渗透膜 正渗透膜领 域仍与国外企业有着较大差距 但是在我国政策及资金的大力支持下 我国的 高性能分离膜研发进展迅速 在微滤 超滤膜领域已达到国际先进水平 国外在高性能分离膜领域起步较早 发展较为
14、成熟 尤其是在反渗透膜领 域已基本形成了垄断局势 在所有海外国家中 美国和日本在高性能分离膜领 域的领先优势尤为明显 美国在高性能分离膜领域的代表型企业有覆盖面较大的陶氏杜邦公司 DowDuPont 科氏滤膜系统有限公司 Koch Membrane Systems Inc KMS 懿华水处理技术公司 Evoqua Water Technologies LLC 专 注 于 气 体 分 离 膜 的 Air Products and Chemicals 公 司 Membrane Technology L 丙交酯 10000 吨 年 聚 L 乳酸 1000 吨 年 依托南京大学原创技术 实现光学纯 L
15、 丙交酯全绿色工艺合 成 催化剂无毒 无三废排放 产品光学纯 无锡南大绿色 环境友好材料 技术研究院有 限公司 聚 L 乳酸纤维 薄膜 过滤烟束 聚 L 乳酸 5000 吨 年 依托南京大学原创技术 实现聚 L 乳酸全绿色工艺合成 催 化剂安全无毒 无三废排放 产品性能优 生物安全性高 表 国内 PLA 相关企业 18 发展趋势及建议 聚乳酸作为一种绿色环保材料 具有取代传统石油基高分子材料的潜力 可有效地缓解对石化资源的依赖及减少白色污染问题 再加上 十三五 材 料领域科技创新专项规划 国家重点研发计划等利好政策 可以预见我国聚 乳酸产业在未来有巨大的发展空间 鉴于此 聚乳酸的发展趋势与建议
16、如下 重点加强高性能及耐高温聚乳酸开发 与聚丙烯 聚苯乙烯等通用塑料相比 聚乳酸的耐热性较低 限制了其应用范围 可通过立构受控聚合 提高聚 乳酸结晶度 共聚与共混改性 引入交联结构及纤 维增强等方法提高聚乳酸的力学及耐高温性能 拓 宽其在工程材料等方面的应用范围 第一 加强高性能及耐高温聚乳酸开发第二 加快聚乳酸纤维发展 加快聚乳酸纤维的发展 尤其要加快直接熔融纺丝技 术的发展 我国在聚乳酸纤维产品加工与应用方面较 为成熟 但需要在产业规模 生产成本和产品质量方 面进一步加以改进 推动大规模 低成本 D 乳酸发 酵生产技术的发展 加快我国 PDLA 合成产业发展 加快 sc PLA 纤维生产中 L 乳酸和 D 乳酸的应用 比例等相关研究 加强纺丝级或纺粘级的 PLA 的研 发 保证 PLA 纤维的原料的稳定供应并降低成本 第三 提升聚合催化技术与稳定 控制技术 提升聚合催化技术与稳定控制技术 进一 步开展无毒 无金属 高效催化剂研发 聚乳酸立构与分子量受控合成技术研发 提升催化聚合技术 简化生产工艺 升级 聚合反应装备设计与制造水平 第四 产学官协同推动 PLA 发展 产学官协同推动
