中国工程院干勇院士:高质量发展中的先进材料创新战略
干勇院士从集成电路和半导体材料、现代结构材料、先进碳材料、能源材料等方面,对我国先进材料技术和产业的发展现状、存在问题、需求分析及未来趋势等进行介绍,明确了不同材料领域的发展方向、重点任务和实施路径等,并从顶层设计、体制机制、科技创新、人才培养、标准体系、知识产权等方面提出针对性措施建议。
干勇院士表示,“中国的工业化和下一步的高质量发展,要突破西方,特别是以美国为首的封锁,材料是首当其冲,这是所有高端领域发展的基础和引导。”他建议,我们要面向国家战略需求,聚焦国家目标任务,打造多主题、全链条,系统化的体系和生态,建立国际领先、覆盖全生命周期的材料表征验证平台,组建多要素和持续的科技金融链网。
国内新材料产业进入关键窗口期
“人类历史都是材料发展的成果,一代材料一代技术。”讲坛上,干勇院士首先就我国先进材料技术和产业的发展现状进行剖析。他指出,我国的产业体系基本完整,产业规模不断壮大,为国家重大工程提供了物质保障和物质基础。但我国材料发展仍存在亟待解决的问题,一是大量依赖进口,如集成电路的关键材料,超高纯的多晶硅、高档磨料等;二是缺乏创新能力,从知识产权的角度分析,国内本土发明专利授权为28.7%,远低于国外来华授权专利的37.2%;三是产业基础能力不够,多个领域的产业链都存在产业短板,与国外差距较大。
干勇院士表示,国内的材料领域现已进入关键的窗口期,产业升级进入快速增长阶段,对中高端材料的需求不断提升。从世界各国发展重点来看,以先进材料为代表的关键核心领域是未来竞争的焦点,包括超宽禁带材料、下一代的光调制器材料、铁电材料、纳米材料、先进半导体材料等等。
新材料的重点发展方向在何处
聚焦信息技术、生物材料、新能源等领域的发展,其对材料的需求和重点发展方向分别落于何处?干勇院士提到,由于美国在集成电路和半导体材料领域对我国大力、精准实施打击和制裁,中央高度重视集成电路和半导体材料发展。在新材料市场制造规模、知识产权方面,我国尽管已取得很大的成就,但任务依旧艰巨,产业基础仍十分薄弱,产业生态亟待完善。
特种高分子材料带有特殊的物理化学力学性,可分为功能性高分子和高性能高分子材料。凭借其高性能化、韧性、弹性、强度,特种高分子材料在化工产品上正在突破一些中高端的技术。干勇院士表示,特种橡胶突破HNBR加氢催化剂的催化机理、秸秆预处理工艺开发高滴度、高转化、高耐受、高稳定的工业微生物菌种等重点攻关任务,大约将在2025到2030年完成。
“碳是生命之源,碳的组织性能、碳材料的内部一变化,就可以有各种各样的性能。”干勇院士表示,生活用的传统工业用碳、未来用碳,包括碳纤维、石墨稀、金刚石、碳材料的半导体材料等等。碳纤维二十年的攻关,如今已完全转移到在运载火箭、高速列车、风电叶片上来。现在,我国碳纤维用量达到全世界一半以上,其装备和工艺有很大提升,但仍存在一些稳定性和异质性的问题。因此,干勇院士强调,接下来还需要在高性能碳纤维的复合材料、制备工艺、高效聚合等方面进行攻关。干勇院士建议,先进碳材料是非常重要的一个体系,应成立先进碳材料的研究中心。
对于所有的钢筋铁骨的构造而言,铝合金、钛合金、镁合金等高端装备的特种合金生产十分重要。轻合金材料已经有所发展,钛合金等的应用指标及高端特种合金存在的其它问题,应作为2030年重大攻关项目任务,致力于实现其轻量化、低碳化、长寿化。
稀土是我国优势资源之一。我国已经形成全球门类规模最全的稀土产业体系,建立了完整的产学研。干勇院士建议,我国可以开发出更高更强的大产业,如建立中国稀土集团,构建以国家实验室为核心的创新引领体系,对不同主体投入支持理论、材料、器件、工艺,注入国家信用,实现资本链与研发链的深度融合。
建立新材料的创新发展体系
对于我国新材料未来的发展,围绕新材料目前的用途,要解决高端制造、高端装备、重大工程高质量发展中的问题,必须建立材料的创新体系,要克服以前散、小、乱的局面。首先是国家重点实验室进行重组。实验室的布局,要围绕制造业的基础、共性前沿技术、高端工业母机技术、重大装备技术等进行力量整合,进行大平台作战。
要进一步明确战略定位,面向国家需求,梳理解决重大科技问题。梳理重点解决的关键科技问题,打造不可替代的科技创新能力。聚焦国家目标任务需求,打造多主题、全链条,系统化的体系和生态,建立国际领先,覆盖全生命周期的材料表征验证平台,组建多要素和持续的科技金融链网。