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新材料是中國建設制造強國、實現高質量發展的物質基礎，新材料技術是支撐現代科技和產業的“基盤技術”，也是大國博弈戰略必爭的源頭技術。中國新材料發展已取得巨大進步。總體來看，新材料產業已從“以解決有無問題為主”的規模擴張階段，跨越到以滿足國家重大戰略需求、提升國際競爭力為主的高質量發展階段；材料科技創新模式已從“以跟蹤仿制為主”轉變為“跟蹤仿制與自主創新并舉”。

當前人工智能飛速發展，持續為材料技術創新賦能并不斷催生新模式、新業態和新賽道，世界各國都高度重視新材料發展并加速爭奪未來材料發展制高點。中國應集聚資源，加快建立具有中國特色的“人工智能（Artifical Intelligence, AI）+材料”創新體系，圍繞新一代信息技術、新能源、高端裝備制造、生命健康等重點領域對新材料的重大需求，持續攻關、精準發力，確保在未來國際競爭中形成引領發展能力。

一、新材料技術發展趨勢

隨著新一輪科技和產業革命不斷深入，顛覆性技術不斷涌現，學科交叉融合加快，新材料技術發展呈現出以下新趨勢。

1、 AI賦能將指數級提升新材料研發速度以材料高效計算設計、自主實驗、大數據、智能制造等為代表的材料智能技術將顯著提升材料設計制造的效率和水平，材料科學研究進入“密集數據+人工智能”的第四范式。2023年11月底，Google旗下的DeepMind在Nature發表論文，宣布應用大規模計算數據集訓練了圖形網絡機器學習模型GNoME，尋找到了38萬余個熱力學穩定的晶體材料，相當于“為人類增加了800年的智力積累”。美國勞倫斯國家實驗室在GNoME預測晶體結構基礎上，搭建了自主實驗室A-Lab，平均每天產出2個以上新的化合物，至今仍在持續迭代優化。中國已有科研團隊通過機器學習算法，完成了搭建幾何模型、準確預測物理性能、逆向設計材料等多個環節，突破多孔材料強度-密度關系經驗上限，獲得了密度1.68 g/cm3、極限抗壓強度598 MPa的超強鈦合金多孔材料。

2、在微觀尺度上以及跨尺度耦合機制上發展現代材料制造合成技術材料研究和制造向極微觀（納米及原子量級）發展。以原子、分子、電子為起始物質進行材料制備合成，在微觀尺度上控制其成分和結構，成為材料制造技術的重要發展方向。觀測精度的不斷提升和視場的不斷擴大使得跨尺度耦合成為可能。納米材料與器件構筑技術、納米尺度共格界面強化技術等已被公認為是提高材料綜合性能的重要途徑。芯片將由納米級制程進入原子級制程，即由“納米時代”進入“原子時代”，具有單原子厚度的二維材料將為未來芯片“原子時代”的發展提供重要支撐。

3、極端服役環境牽引新材料向性能極限化發展探月及深空探測、深海及兩極開發、核反應堆等極端環境應用領域，要求材料由單一功能向多功能拓展，不但具有超常規性能還必須在服役過程中保持穩定性能。例如，在探月及深空探測領域，超聲速飛行器等空天裝備要求材料滿足更輕質、高強韌化、抗輻照、耐高/低溫、可重復使用等性能要求。在深海探測領域，應用于萬米水下的工程裝備材料必須滿足高抗壓、耐腐蝕、高密封性等多種性能要求。在空間核反應堆系統中，要求相關材料服役溫度高于2 000 ℃、耐堿金屬和熔鹽腐蝕并可承載復雜載荷。

4、新材料生產和應用綠色化水平不斷提升隨著“雙碳”目標的推進，資源、能源、環境對材料生產、應用、失效的承載能力，戰略性元素的綠色化高效獲取、利用、回收再利用及替代等受到高度重視。材料高能效綠色制造、材料防護與延壽、材料替代、材料循環再利用及全生命周期評價等技術成為發展熱點。據統計，“十四五”期間二次資源循環利用對中國碳減排的綜合貢獻率已達到30%，預計到2030年將達到35%。

5、前沿新材料技術路線呈現多元化特征 隨著人工智能、機器學習、腦科學、材料基因組及凝聚態物理等領域的不斷進步，前沿新材料技術不斷涌現，但在實現關鍵突破之前，很難判斷哪一種技術路線最優。例如，量子計算呈現出超導、光量子、離子阱、半導體、拓撲等多條技術路線并行發展態勢。目前仍無任何一種路線能夠完全滿足實用化條件要求。量子芯片材料較為豐富，可能是超導體、半導體、絕緣體或者金屬等材料。在新型存儲器領域，鐵電介質、氧化物半導體等新型存儲材料都有可能實現存儲容量、存儲可靠性大幅提升，都有潛力實現三維內存。前沿材料技術路線的多元化提供了未來發展的無限潛力。

二、國外新材料科技政策重點支持方向

世界各國高度重視新材料科技發展，制定了各種戰略規劃、科技計劃等政策予以支持。通過梳理發現，典型的國家重點支持的技術方向主要集中于兩條主線：一是建立大數據、人工智能驅動的材料創新體系，使之成為未來材料技術可持續競爭力的基礎源泉；二是發展支撐信息、制造、能源、健康醫療等戰略必爭領域的先進材料研發與應用技術，通過材料創新推動經濟社會發展。

1．美國

美國持續更新主要發展戰略，目標是保持其在先進材料領域的全球領先地位，并支撐信息技術、生命科學、環境科學和納米技術等的發展，滿足其他行業領域對各類先進材料的需求。

2021年，美國更新發布《材料基因組計劃戰略規劃》，提出整合材料創新基礎設施、充分利用材料數據的力量、教育培訓和有效組織材料研發人才隊伍等3個主要目標，并公布了九大關鍵材料研究領域的63個重點方向。

《國家納米技術計劃戰略規劃》是為數不多的歷經5屆美國政府持續資助的國家級研發計劃。截至2023年，美國政府對該計劃累計投入已突破400億美元。該計劃促進了大量納米技術研發，實現了在原子尺度上對物質進行調控，推動了納米科學從新興研究領域轉變為推動現實應用的技術，催生了6項諾貝爾獎，推動了美國生物醫藥、量子信息、先進芯片等多個新興產業快速發展。

2022年，美國發布《國家先進制造業戰略》。該文件繼續重點關注先進材料與加工技術以及智能制造未來趨勢，電子制造更加聚焦了半導體領域，并著重強調清潔能源與制造工藝脫碳技術，以及生物制造與生物質加工，將可持續材料管理原則和增材制造納入產品設計與開發。

美國國家科學基金會（National Science Foundation, NSF）每年發布材料學科年度計劃。2024年度對材料領域的支持主要集中在以下3個方面：一是新型半導體材料，主要包括砷化硼、銦基溶膠-凝膠前驅體、二維鐵電材料、先進光刻膠材料、鐵電氧化物、超快節能反鐵磁隧道結等；二是量子材料，主要包括二維材料、異質結構和超表面、從單分子到二維材料的量子器件集成、量子材料拓撲聲子動力學與控制等；三是清潔、低碳材料，加速材料開發、制造和使用向循環經濟轉型。

近兩年，美國谷歌公司、微軟公司等科技巨頭企業紛紛加大投資開發材料科學領域的大模型。2024年10月，美國商務部宣布開展一項公開競賽，擬出資1億美元資助人工智能驅動的可持續半導體材料自主實驗項目，加速新材料與新工藝的發現、設計、合成和部署，以及培養滿足行業技術、經濟和可持續發展目標所需的研究人員，確保美國國內半導體制造業的長久繁榮。

2．日本

日本高度重視材料科技創新，特別在高端材料和前沿材料方面進行了系統規劃。日本在材料研發上注重實用性，并強調材料與環境、資源與能源等的協調發展，所選取的重點是市場潛力巨大和附加值高的細分材料方向，并希望盡快實現專業化、產業化。

2021年日本發布《材料創新力強化戰略》，提出建立以數據為基礎的材料創新體系，推動數據驅動型材料研究，以強化日本材料創新能力。該戰略圍繞材料開發與應用、數據驅動研發、國際競爭力3個維度提出了行動計劃方案，其中“數據驅動研發”是主要舉措，擬整合以數據為基礎的材料研發平臺，構建數據驅動型創新體系。

2023年6月，日本發布了《半導體和數字產業戰略》，提出通過加強國內產業基礎、推動國際合作、促進技術創新等手段，到2030年將國內半導體相關產業銷售額提高到15×104億日元，實現半導體產業的全面復興。日本在半導體材料領域的科研項目覆蓋了從基礎研究到應用開發的多個層面。例如，針對下一代半導體材料（如二維材料、碳基材料等）的研究，以及針對現有材料的性能提升和成本降低的研究。為支持半導體材料科技創新，日本政府和企業均投入了大量資金。據報道，日本經濟產業省在2024年預算中特別劃撥了超過1230億日元用于芯片相關計劃，其中大部分資金將用于加強供應鏈和促進半導體行業發展。近年來，日本在半導體材料領域取得了多項技術突破，特別是在極紫外光刻膠等關鍵材料上，日本企業占據了全球市場的半壁江山。這種技術優勢不僅為日本半導體產業的發展提供了有力支撐，也使其在全球科技競爭中占據了重要位置。

日本在碳纖維、電子材料、特種鋼、陶瓷材料等領域處于國際領先地位，重點開發用于信息通信、新能源、生物技術及醫療領域的新材料。東麗株式會社從改進專有的納米級結構控制技術入手，開發出T1200碳纖維新產品，成為當前強度最高的碳纖維。2024年，日本國立材料科學研究所宣布啟動一項人工智能項目，旨在通過材料的電子顯微鏡圖像預測材料特性和壽命。該項目將利用半個多世紀以來積累的材料可靠性評估數據提升材料、設備和基礎設施的可靠性評估水平。

3．歐盟

歐盟將先進材料列為關鍵使能技術之一，提出要在材料科學和工程的多個研究領域成為國際領導者，并在盡可能多的先進材料技術中爭當世界第一。

歐盟高度重視清潔技術。歐盟委員會于2019年啟動《歐洲綠色協議》，碳邊界調整機制（Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM）是其重要組成部分。2023年歐盟發布《關鍵原材料法案》，該法案旨在加強歐洲關鍵原材料價值鏈的所有階段，包括提高循環性和回收利用率。歐盟設定的目標是每年關鍵原材料消費中至少有25%來自本土回收利用。2024年歐盟理事會通過《凈零工業法案》，規定第三國產品在歐盟市場份額超過65%將受到限制，提出到2030年歐盟至少40%的“戰略凈零技術”為本土制造。

歐盟也高度關注高性能材料、智能材料、生物基及可回收材料、納米技術等前沿領域。2022年12月，歐洲材料聯盟組織發布《材料2030路線圖》，圍繞九大類材料創新市場，詳細闡述了5個共同優先發展領域（材料數字化、新材料加工和大規模生產、材料創新市場、政策、治理等），以及7個優先發展方向（生物基、生物可降解、可循環使用的材料，嵌入式電子器件和后硅時代電子器件，先進涂層和表面紋理材料，用于增材制造的先進材料，傳感器和多功能材料，用于循環目的的材料和材料再使用，纖維基材料等）。

2024年2月，歐盟委員會發布《先進材料產業領導力通報》，提出大力支持能源、交通、建筑業和電子產業四大戰略領域的先進材料研究與創新；構建專門用于先進材料研究和創新的數字基礎設施，借助人工智能等工具在受控環境中加速新型先進材料的設計、開發和測試。

2024年3月，歐盟委員會通過“地平線歐洲”2025—2027年戰略計劃，涉及新材料的內容主要有探索支持將引領下一波創新的未來技術，如生物材料、二維材料等；加速新型創新材料和復合材料的設計、開發、生產和回收；開發可再生能源技術，如太陽能、風能等儲能技術。

4．英國

作為材料領域老牌優勢國家，英國重點關注利用世界先進材料技術助推可持續發展。英國在材料的發現和早期研究方面具有世界領先的學術水平，其高校在材料科學、新材料發明與發現，以及與工業界合作等方面有著長久優勢，率先提出建設新材料關鍵技術集群戰略。

2021年7月英國發布《英國創新戰略：創新引領未來》，將“先進材料與制造”確定為未來助推英國經濟的7項關鍵技術集群之一，實現先進材料的批量化制造，并將安全性評估與可持續發展融入材料的設計與創新。

2024年4月，英國國家級材料科學研究創新機構——亨利·羅伊斯研究所發布《國家材料戰略進展報告》，能源材料、軟質材料、生物相容材料、結構材料、表面增強與防護材料、電子/電信/傳感和計算技術材料等是重點關注方向。同時，材料可持續與循環利用、利用數字與人工智能和大數據加速材料發現、關鍵礦物原材料等作為跨領域主題，也受到普遍關注。

2025年1月，英國正式啟動《國家材料創新戰略》，標志著英國開啟“材料4.0”時代，旨在進一步鞏固其全球領導地位，通過材料創新推動經濟增長，解決社會面臨的諸多重大挑戰。該戰略確定了19個具體的材料創新機會和40多個優先事項，提出未來10年英國將建立一體化的材料創新生態系統，推動材料科學從基礎研究到產業化的全面轉型。該戰略聚焦的六大重點機遇領域包括：能源解決方案，未來醫療，結構創新，高級先進表面技術，新一代電子、通信與傳感器，消費品、包裝與特種聚合物等。“材料4.0”聚焦利用人工智能、大數據、機器學習、數字孿生等前沿技術，加速材料的研發、測試和制造進程。

三、建設中國特色的“AI+材料”創新體系

當前全球新材料研發已進入“數據驅動+AI賦能”新階段，AI成為材料創新的核心驅動力。中國建設“AI+材料”創新體系具有較好的基礎。早在2016年，科技部啟動“材料基因工程”重點專項，旨在通過融合材料科學、信息技術和人工智能等，變革材料研發模式，加速新材料發現和應用，提升中國材料產業競爭力。2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，將人工智能發展上升為國家戰略。《新一代人工智能發展規劃》與“材料基因工程”專項形成合力，為“AI+材料”奠定了良好的基礎。當前正在實施的新材料重大專項中，“材料基因工程”也是重點方向之一。此外，全國已建立十幾個國家超算中心，智能算力規模位居全球第二，具有良好的算力設施保障。

2024年，中國新材料產業產值超過8萬億元，為AI應用提供了豐富場景。中國工業互聯網平臺已匯聚海量材料性能數據，科研機構已建成特種合金、高分子材料等20余個專業數據庫，高通量實驗設備年產生實驗數據量達EB級，部分企業已將AI用于材料研發與生產并取得成功案例。例如，寧德時代新能源科技股份有限公司利用AI將固態電解質研發周期縮短60%；中國航天科工集團有限公司通過機器學習優化高溫合金成分設計；華為技術有限公司開發材料知識圖譜輔助半導體材料篩選等。更為重要的是，中國擁有全球最大、最豐富的應用場景，為材料服役數據的積累和材料智能化研發迭代創造了良好的條件。

建立中國特色的以場景驅動材料智能研發與升級迭代的“AI+材料”創新體系，是中國新材料未來能否在國際競爭中獲勝的關鍵。當前中國“AI+材料”體系建設還存在一些亟待解決的問題。首先，數據治理體系待完善，多數企業和機構數據存在格式不統一、元數據缺失問題，數據標準化程度低，而且共享機制不健全，科研機構數據開放率不足30%，存在“數據孤島”現象。其次，技術轉化鏈條存在斷點，多數材料AI模型停留在學術研究階段，算法研發與材料需求錯配，而且實驗驗證環節薄弱，自動化實驗設備國產化率不足40%。此外，中國既懂AI又懂材料的復合型人才嚴重短缺，學科交叉融合水平有待進一步提升。

“十五五”期間，中國應在以下方面持續發力：一是構建和完善“數據-算法-實驗”三位一體的“AI+材料”基礎設施。強化數據中樞建設，加快建立國家材料大數據中心，制定材料數據ISO標準；強化算力網絡建設，建立材料專用AI超算平臺，開發材料通用智能大模型；建設材料智能化實驗驗證平臺，搭建自主實驗室，推廣“計算-實驗”閉環研發模式，推動學術界與產業界的合作，加速材料領域AI技術的驗證與落地。二是發展“AI+材料”生態環境，成立材料AI開源社區，共享預訓練模型與算法工具包，建立材料AI技術成熟度評價體系，培育AI驅動的材料知識產權交易市場。三是加快“AI+材料”人才培養，如在大學設立材料智能技術交叉學科，開發材料AI訓練數據集與虛擬仿真教學平臺，實施“卓越材料AI工程師”培養計劃等。通過以上布局，力爭在2030年形成若干國際領先的材料智能研發平臺，在2035年基本建成自主可控的“AI+材料”創新體系。

四、面向2035的新材料研發與應用重點任務

新一代信息技術、新能源、重大工程與高端裝備、生命健康等是中國實現科技強國、制造強國的戰略必爭領域，也是對新材料有重大需求的重點領域。支撐和滿足以上重點領域應用需求，也是未來10年中國新材料發展的重點任務。

1．人工智能發展和數字中國建設對高性能計算與存儲、高速及大容量網絡通信和智能化人機交互系統提出更高要求，亟待發展一批新型信息材料

（1）先進計算與存儲關鍵材料。隨著人工智能、超算、云等計算場景的快速發展，未來將會出現百萬級的數據中心。傳統硅基材料及與其相配合的周邊材料性能，無論在AI計算方面還是電能功率方面都接近極限。異質異構集成將不同材料體系、器件結構進行優勢性互補性結合，制造出全新的具有多項優異性能的材料器件，克服單一材料或器件結構不能滿足全性能要求的局限，成為未來解決能源與信息需求基礎高性能部件的有效途徑。隨著集成電路工藝技術向2 nm以下制程節點演進，計算所依賴的半導體技術逐步接近物理極限，石墨烯、金屬型碳納米管和金屬相過渡金屬二硫族化合物等二維半導體材料結合工藝變革有望擺脫硅基半導體的限制，成為后摩爾時代新一代芯片用關鍵材料。量子計算是計算領域的顛覆性技術，量子計算材料體系包括超導材料、相關電子材料、拓撲量子材料、先進材料中的量子現象等。當前，硅自旋量子比特、“魔角”石墨烯、砷化銦（InAs）量子點的研究都取得了新突破，量子計算材料呈現多路線并行格局，超導與硅基路線產業化進程較快，而拓撲材料仍需基礎研究支持。

在存儲方面，受限于電容的微縮難題，傳統依賴于半導體工藝實現密度提升的內存路線演進速度遠遠落后于摩爾定律，存儲器功耗已成為主要技術瓶頸，亟需發展新型存儲技術與存儲介質。內存晶粒即將轉向薄膜和刻蝕工藝，以及基于氧化物半導體、纖鋅礦鐵電等前沿新材料的三維內存工藝探索。以新材料、新工藝研發支撐三維內存性價比和容量提升，有望擺脫對于極光紫外光刻工藝的依賴，形成國內優勢產業，并驅動半導體薄膜沉積、刻蝕、鍵合等裝備與工藝達到世界一流水平。

（2）通信及網絡關鍵材料。未來10年通信網絡將持續探索新的場景和技術，除了業界已有共識的無線通信、光通信、互聯網等技術持續演進之外，各種新型的網絡場景也將不斷涌現，如下一代人機交互網絡、住行合一網絡、空天地全域立體網、先進算力網絡、自智網絡等。亟需發展面向未來網絡系統所需的新器件及新材料，包括氮化鎵等寬禁帶半導體材料、金剛石等超寬禁帶半導體材料、高極化的纖鋅礦鐵電材料、高集成度的隔離器材料、超低損耗的天線材料、新型可調諧材料、高靈敏度壓電材料和探測器材料、前沿功能陶瓷材料和磁材料等。

高性能激光器與高性能電光調制器、高性能光放大器等是F6G光通信的核心器件。當前，中國F5G激光器、5G調制器用大多數材料已基本實現自主可控，但硅光用SOI襯底（絕緣襯底上的硅）、鈮酸鋰薄膜用高純鈮酸鋰晶棒仍依賴進口。面向AI數據中心建設，芯片出光及全光互連技術是系統性提升算力和能效的關鍵路徑。在芯片出光方面，PZT壓電陶瓷（鋯鈦酸鉛壓電陶瓷）、BTO（鈦酸鋇）、Polymer（聚合物復合材料）等新一代高電光系數的材料可使調制器實現微米級大小、200 G以上的信號帶寬、低插損，是應用于數據中心的關鍵光電芯片材料。在光交換方面，鐵電向列相液晶材料的電光響應速度比現有用于MEMS（微機電系統）或LCOS（硅基液晶顯示）的液晶材料高1 000倍，是未來更大規模的集群網絡發展所需要的關鍵微秒級電光響應速度關鍵材料。

（3）新型顯示技術及關鍵材料。在已產業化的蒸鍍法OLED顯示技術方面，由于國外廠商研發起步早，已形成較強的專利布局和產業鏈分工，基礎專利和核心技術基本由歐洲、美國、日本、韓國壟斷。未來，隨著5G、大數據、人工智能、可穿戴設備等新一代信息技術的極速進步，顯示應用場景將更加豐富，顯示應用形態將由平板顯示向卷對卷工藝的柔性顯示、泛在顯示，再到多維顯示、立體顯示發展。亟需布局中國自主可控的溶液法OLED/QLED顯示、超大容量微納顯示、超高清激光顯示材料體系等下一代顯示新材料，建立新的自主IP體系。

2．為實現“雙碳”目標和可持續發展，亟需開發新型能源材料，建設靈活智能可控的“半導體電網”，提高能源清潔利用效率

（1）光電轉化材料。光伏產業是中國具有全球競爭力的產業。以異質結（HJT）、隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）和交叉指式背接觸（IBC）為代表的N型單晶硅電池技術逐步取代鈍化發射極背場點接觸（PERC）電池技術成為市場主流。中國N型單晶硅電池產能持續擴張，但需要在組件和生產工藝上進一步優化和提升。薄膜太陽能電池和新型疊層太陽電池在效率、經濟性、可靠性等方面均展現出較大優勢。進一步提高晶硅電池轉化效率，推動薄膜太陽能電池材料和新型疊層太陽電池材料快速產業化，是中國光伏產業持續領先全球的關鍵路徑。

（2）動力電池與儲能電池材料。交通電動化與能源清潔化要求動力電池與儲能電池具有高安全性、高能量密度和更高壽命。中國在液態電解質鋰離子電池、混合固液電解質鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、鋰電容等領域處于世界領先地位。在硫化物全固態、聚合物氧化物復合全固態電池、金屬鋰電池、鋰硫電池、高溫鈉硫電池等前瞻技術研發方面處于跟跑或并跑階段。鈉離子電池相比鋰離子電池具有非常大的資源優勢，在低溫和倍率性能方面有突出的優點，適合應用于寒區的低速電動車、啟停電源、重卡電池和規模儲能等領域。未來，需要在提升能量密度、循環性和安全性等性能方面加快突破。目前，中國在納米硅碳負極材料、高電壓三元、鈷酸鋰和富鋰錳基正極材料、氧化物固態電解質、原位固態化電解質等新型電池材料方面取得了重大突破，已處于世界領先。在氫燃料電池方面，發達國家對中國固體氧化物燃料電池（SOFC）及電解技術（SOEC）進行封鎖。中國在電池、電堆性能及衰減率等核心技術指標與國外有一定差距，亟需加快相關核心技術攻關。

（3）可控核聚變用關鍵材料。正在法國建設的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）預期在2034年點燃等離子體，并于2039年后開始氘氚聚變放電。發達國家在參與ITER建設的同時，紛紛加快部署下一代聚變堆的設計和研發。對于2035年后聚變示范堆的基礎結構材料、面向等離子體材料、功能材料等，歐洲、美國、日本等長期堅持研發，初步達到了建堆條件。由于起步相對較晚，中國聚變堆材料總體上與歐洲、美國、日本等國家和地區還有一定的差距。例如，材料雜質含量控制能力不足，易活化元素的含量較高；批量生產能力不足，工藝不穩定；材料核數據積累不足，特別是中子輻照下宏觀性能測試等方面缺乏實驗數據，亟需盡快取得突破。

（4）風電機組用關鍵材料。中國風力發電新增裝機容量位居世界首位。高耐海洋氣候和海水腐蝕的永磁直驅電機用稀土永磁材料、高性能風電用鋼、碳纖維風電葉片、第三代半導體等關鍵材料可滿足大功率風電的應用需求。國產碳纖維已經在120 m級海上風電裝置上實現應用，目前正在研發140 m級超大型風電裝置用碳纖維及復合材料。

（5）能源清潔高效利用與智能電網用關鍵材料。超超臨界發電技術是化石能源清潔高效利用的主流技術方向，在700 ℃超超臨界電站方面，目前中國與國際處于同步競相研發階段，亟需通過材料和部件產業化能力提升搶占技術制高點。重型燃氣輪機在能源結構調整、節能減排方面具有明顯的優勢，亟待突破關鍵耐熱合金材料研發及其熱端部件制備技術。中國的智能電網建設工程對交直流輸電裝置的功率密度、可靠性和可控性提出了更高的要求。功率半導體器件（亦稱為電力電子器件）作為電能（功率）變換和處理的“CPU”，是實施電能傳輸、處理、存儲和控制的關鍵所在。以碳化硅為代表的第三代半導體器件將成為下一代功率變換技術的核心，但仍面臨著低成本高質量低阻大尺寸襯底材料、低缺陷密度超厚外延及摻雜濃度精確可控百微米外延材料、超高壓器件長期可靠性、超高壓高速碳化硅器件測試技術等方面的挑戰。

3．高端裝備是中國邁向制造強國的主要攻堅方向和實施重大工程的保障，需要一大批特種結構材料與特種功能材料提供基礎支撐

（1）人形機器人關鍵材料。人形機器人與工業機器人相比技術難度更復雜，在智能感知、自主認知、人機交互、自適應柔順控制、輕量化和長續航等方面對材料的種類、性能等方面提出更高要求。一方面，中國應加快研發性能更高的軸承材料、減速器材料、電機材料等關鍵材料；另一方面，以應用拖動支撐AI算法的環境感知材料、皮膚接觸材料、手指控制材料、圖像識別玻璃等關鍵材料研發及應用改進升級，支撐中國在人形機器人賽道搶占制高點。

（2）航空航天裝備關鍵材料。重型運載火箭、新一代長壽命衛星和空間站、大型民用客機及其發動機等支撐航空航天強國建設的重大工程，對高端結構材料提出更高要求。提升重型載人火箭運載系數、降低衛星結構重量比、實現國產大型客機結構減重和節油減排、提高航空發動機推重比等，亟需大幅度提升重型火箭箭體-低溫氣瓶-燃料貯箱、衛星承載結構件、大型客機機身-機翼-起落系統承力結構件、航空發動機葉片和渦輪盤的綜合性能。高性能碳纖維、高強韌鋁合金/鋁鋰合金、超高強度鋼、高溫合金、精密工模具鋼等關鍵材料綜合性能尚需進一步提升，一系列新型制備工藝和應用技術有待突破。

（3）高技術船舶與海工裝備用關鍵材料。深遠海、極地用高性能海工裝備、高技術船舶及長壽命島礁平臺等，建設海洋強國、維護國家領海安全的重點工程對特種合金材料性能提出更高要求，亟需突破高性能海工平臺用免預熱/大線能量焊接高強韌厚鋼板、特種用途船防撞耐疲勞結構鋼與低溫鋼、深潛器用全海深主結構鈦合金和超高強度鋼關鍵技術，高濕熱、高鹽、強輻射等極端海洋腐蝕環境用長壽命耐蝕鋼、耐磨蝕合金等仍屬國際空白。未來，支撐中國海底礦產開發的海底勘察裝備、水面支持裝備、海底采礦裝備、水下輸送裝備等，以及深海基地建設所需裝備，將對新型海洋結構材料和功能材料產生重大需求，亟需系統化布局研發。

（4）先進軌道交通裝備關鍵材料。正在研發的400~500 km/h的高速列車對軸承、齒輪、輪對、轉向架構架、受電弓網、輕量化車身、大功率永磁牽引電機、牽引和輔助變流系統等關鍵部件提出了更為苛刻的要求。國內外尚無成熟的結構材料和電子材料技術供給。中國的600 km/h超導磁浮材料與技術尚處于原理樣機研制和試驗驗證階段，與日本即將實現商用的超導電動磁浮技術存在較大差距，亟需研制高性能超導材料和強磁場磁體。

中國超寬禁帶半導體研發起步較晚，亟需加快布局。新型稀土功能材料是制造精確制導武器及武器平臺的動力、制導、控制和探測等核心部件的關鍵材料。采用稀土晶體制備的中紅外波段激光器在星載、機載的紅外預警衛星、大氣監測等方面有著廣泛的應用，中國尚需攻克大口徑、高質量中紅外激光晶體的制備與加工技術。

4．面向人民生命健康和可持續發展目標，亟需大力發展新型生物醫用材料和生物制造材料

（1）可再生人體組織器官生物材料。傳統的植入材料已不能滿足臨床需求，組織誘導性生物材料可實現生物材料誘導骨、軟骨、神經、肌腱、心血管組織等的再生或形成。例如，“三維多孔Ca-P類骨磷灰石”表面可誘導骨再生或形成；I型膠原基水凝膠可誘導干細胞向成軟骨系細胞分化并誘導軟骨再生，形成軟骨誘導性支架及組織工程化關節軟骨修復植入體；促進中樞神經再生的脊髓、腦神經修復的中樞神經修復材料也是未來發展的重點。

（2）微創介入器械修復材料。微創介入修復材料及器械創傷小、恢復快，是高端醫療器械發展的重要方向。中國應加快研發具有心臟組織再生修復功能的微創介入封堵器、腦血管支架等材料及器械，用于心力衰竭治療的微創介入水凝膠材料及器械，抗鈣化、抗凝血、防周漏微創介入心臟瓣膜材料和器械，基于血管重建療法的可吸收生物材料等。

（3）生物制造材料。2023年3月美國發布生物制造發展目標，提出到2040年生物基塑料占塑料比重超過90%，通過生物制造生產30%的化學品。全球每年塑料產量接近3億t，中國塑料產量約占全球的1/3，經濟合作與發展組織預測到2030年，25%的石化塑料將被以淀粉等天然物質為原料生產的生物基塑料代替。中國目前替代率不足5%。大力發展生物基塑料、生物基尼龍、生物基橡膠的綠色制造與應用關鍵技術，是降低對石化資源的過度依賴，實現國家“雙碳”目標的重要途徑，亟需進行研發和產業化布局。

五、發展建議

1．培育良性發展的科技創新生態

應鼓勵產業價值導向的基礎研究。領軍企業熟悉產業的需求、痛點以及如何系統性地緩解工藝受限問題，應更多參與“出題”（提出需求與方向建議）、“共答”（過程跟蹤與管理）、“閱卷”（項目成果評估）。應突出原創，營造百花齊放的科研文化。針對前沿材料的研究，鼓勵對未形成共識且技術路徑前景并不明朗的新異理念開展早期自由探索。建議有關部門設立探索式項目，鼓勵科學家特別是青年工作者大膽進行前沿探索。建立風險投資機制和回報機制，鼓勵民間資本投入原創性科研活動、共享科技成果。

2．建立全球科研成果快速捕獲機制

美國等西方國家高度重視重要科研成果的捕獲。美國國防高級研究計劃局等組織在判斷具有產業價值的情況下，會大膽提前投入基礎研究，率先在美國培養發展生態，主動把科研力量帶進新的研究領域，確保美國不會錯失未來領先的機會。中國目前尚缺乏科研成果快速捕獲機制，對國外的動態反應較為遲緩，在新研究遭到現有研究抵觸的情況下，反復論證難以抉擇，立項緩慢、支持力度小，僅能達到小幅跟隨，不足以實現全面領先。建議有關部門重視科技情報工作，建立全球重要研究成果，快速捕獲機制，確保重要領域研究起步不落后于國外。

六、結束語

經過多年的持續布局和攻關，中國新材料技術創新已基本進入良性發展的“快車道”。當前應順應新質生產力發展的大潮流，抓住人工智能爆發的大機遇，加快建立中國特色的“AI+材料”創新體系；在重點領域精耕自作，進一步提升支撐保障能力；在前沿技術上強化支持，鼓勵探索，共同推動中國新材料科技蓬勃發展、更上層樓。

（作者為中國工程院干勇、任家榮、謝曼）