摘要：进入21 世纪以来，发达国家逐渐意识到依赖于试错的传统材料研究方法已跟不上工业快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。国外新材料研发与产业发展现状。

针对我国新材料发展战略，屠海令院士就对国内外发新材料领域发展形势进行深入研究，并提出综合性报告。为了便于广大科研人员了解把握国内外新材料领域发展形势，把握好研究方向，特在科研人员公众号将分期推送屠院士研究报告。

做一件事，首先要做到知彼知己，那么，国外新材料研发与产业发展现状是怎样呢？

国外新材料研发与产业发展现状

近几年，世界各国纷纷在新材料领域制定了相应的规划，全面加强研究开发，并在市场、产业环境等不同层面出台政策。美国于2009年、2011 年和2015 年三度发布《国家创新战略》，其中清洁能源、生物技术、纳米技术、空间技术、健康医疗等优先发展领域均涉及新材料；2012 年制定的《先进制造业国家战略计划》，进一步加大对材料科技创新的扶持力度。欧盟为实现经济复苏、消除发展痼疾、应对全球挑战，于2010 年制定了《欧洲2020 战略》，提出三大战略重点。德国政府发布了《创意、创新、繁荣：德国高技术2020 战略》，其中“工业4.0”是十大未来项目中最为引人注目的课题之一。2013 年英国推出《英国工业2050》，重点支持建设新能源、智能系统和材料化学等创新中心。日本于2010 年发布了《新增长战略》和《信息技术发展计划》。韩国于2009 年公布了《绿色增长国家战略及五年行动计划》和《新增长动力规划及发展战略》。巴西、印度、俄罗斯等新兴经济体采取重点赶超战略，在新能源材料、节能环保材料、纳米材料、生物材料、医疗和健康材料、信息材料等领域制定专门规划，力图在未来国际竞争中抢占一席之地。

在全球化趋势日益加快的背景下，新材料产业呈现以下主要特点和趋势。

（一）高新技术发展促使材料不断更新换代

高新技术的快速发展对关键基础材料提出新的挑战和需求，同时材料更新换代又促进了高技术成果向生产力的转化。例如，微电子芯片集成度及信息处理速度大幅提高，成本不断降低，硅材料发挥了重要作用。目前，300 mm 硅片可满足14 nm技术节点的集成电路要求，450 mm 硅片已产出样片。全球硅材料技术和产量按直径的演化见图1。低温共烧陶瓷技术（LTCC）的研发取得重要突破，大量无源电子元件整合于同一基板内已成为可能。伴随着先进材料研究技术的不断延展，也产生了诸多新兴产业。如氮化镓等化合物半导体材料的发展，催生了半导体照明技术；白光LED 的光效已远远超过白炽灯和荧光灯，给照明工业带来革命性的变化。太阳能电池转换效率不断提高，极大地推动了新能源产业发展。镁合金与钛合金等高性能结构材料的加工技术取得突破，成本不断降低，研究与应用重点由航空、航天以及军工扩展到高附加值民用领域。基于分子和基因等临床诊断材料和器械的发展，使肝癌等重大疾病得以早日发现和治疗；介入器械的研发催生了微创和介入治疗技术，使心脏病及其他疾病的死亡率大幅下降。

（二）绿色、低碳成为新材料发展的重要趋势

以新能源为代表的新兴产业崛起，引起电力、建筑、汽车、通讯等多个产业发生重大变革，拉动上游产业如风机制造、光伏组件、多晶硅等一系列制造业和资源加工业的发展，促进智能电网、电动汽车等输送与终端产品的开发和生产。欧美等发达国家已经通过立法，促进节能建筑和光伏发电建筑的发展，目前欧洲80 % 的中空玻璃使用LOW–E玻璃，美国LOW–E 中空玻璃普及率达82 %；光伏装机容量不断提高，图2 为近年来全球光伏累计装机容量。通过提高新型结构材料强韧性、提高温度适应性、延长寿命以及材料的复合化设计可降低成本、提高质量，如T800 碳纤维抗压缩强度（CAI）达到350 MPa，使用温度达到400℃以上并在大型飞机和导弹的主结构件中得到大量应用。功能材料向微型化、多功能化、模块集成化、智能化等方向发展以提升材料的性能；纳米技术与先进制造技术的融合将产生体积更小、集成度更高、更加智能化、功能更优异的产品。绿色、低碳的新材料技术及产业化将成为未来发展的主要方向，在追求经济目标的同时更加注重资源节约、环境保护、公共健康等社会目标。

（三）跨国集团在新材料产业中仍占据主导地位

目前，世界著名企业集团凭借其技术研发、资金和人才等优势不断向新材料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等企业占据国际半导体硅材料市场份额的80 % 以上。半绝缘砷化镓市场90 %以上被日本的日立电工、住友电工、三菱化学和德国FCM 所占有。Dow Chemical 公司、GE 公司、Wacker 公司和Rhone–Poulenc公司及日本一些公司基本控制了全球有机硅材料市场。Du Pont、Daikin、Hoechst、3M、Ausimont、ATO 和ICI 等7家公司拥有全球90 % 的有机氟材料生产能力。美国科锐（Cree）公司的碳化硅衬底制备技术具有很强市场竞争力，飞利浦（Philips）控股的美国Lumileds 公司的功率型白光LED 国际领先，美、日、德等国企业拥有70 % LED 外延生长和芯片制备核心专利。小丝束碳纤维的制造基本被日本的东丽纤维公司、东邦公司、三菱公司和美国的Hexel公司所垄断，而大丝束碳纤维市场则几乎由美国的Fortafi l 公司、Zoltek 公司、Aldila 公司和德国的SGL 公司4 家所占据。美铝、德铝、法铝等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域居世界主导地位。美国的Timet、RMI 和AllegenTeledyne等三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90 %，是世界航空级钛材的主要供应商。

（四）新材料研发模式变革成为关注的重点

进入21 世纪以来，发达国家逐渐意识到依赖于试错的传统材料研究方法已跟不上工业快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。因此，亟需革新材料研发方法，加速材料从研发到应用的进程。例如，作为美国政府“先进制造伙伴计划”（AMP）的重要组成部分， 2011 年启动的“材料基因组计划”（MGI），其新材料从发现到应用的速度至少提高一倍，成本至少降低一半，旨在发展以先进材料为基础的高端制造业，并继续保持其在核心科技领域的优势，材料基因组要素见图3。MGI 的具体内容包括：①发展高通量计算工具和方法，减少耗时费力的实验，加快材料设计；②发展和推广高通量材料制备和检测工具，更快地进行候选材料验证和筛选；③发展和完善材料数据库/ 信息学工具，有效管理材料从发现到应用全过程数据链；④培育开放、协作的新型合作模式。

在这场变革材料研发模式过程中，欧盟、日本等也启动了类似的科学计划。例如，欧盟以轻量、高温、高温超导、磁性及热磁、热电和相变记忆存储等六类高性能材料需求为牵引，推出了“加速冶金学”（ACCMET）计划。