新材料产业先进国家对于我国材料发展的启示

文/于涵 杨春伟 张恺华 颜俊 傅懿新

一、引言

1978年12月，随着中华人民共和国十一届三中全会胜利结束，中国吹响了改革开放的前奏曲，从此奠定了中国特色社会主义建设的基调。此次历史性的变革以工业为突破口，带领中国由落后走向繁荣。自改革开放以后，中国大跨步前进，做出了“科技是第一生产力”这一正确决策，可见党对科学技术发展的高度重视。党和国家从总体和细节上都把科技高新技术产业放到重要位置。随着改革开放的深入，体制的改革也随着改革发展向前稳步前进。高新技术的发展状况及成果转化水平与国家整体科技竞争力存在着必然的联系，是推动国家科技进步的原动力，直接关系到国家创新输出与民族未来。

作为21世纪三大支柱高新技术之一的新材料技术得到越来越多国内外研究者的重视，成为各国多领域关注的热点。新材料产业涵盖的产品种类繁多，功能应用广泛，但各国市场现状差异化明显，主要由于各国新材料的发展战略、优势领域甚至统计范畴都存在较大差异。因此，在改革开放新时期做好新材料产业发展规划显得尤为重要。产业规划是咨询行业的一大重要课题，从做咨询工作的角度来说，做好行业发展规划应当做到从宏观到微观、自上而下、由此及彼。所谓从宏观到微观指的是先从宏观上把握整体的发展趋势，对整个发展进行定位，提出整体发展目标进而为整体发展奠定基调，再将整体目标拆分为多个小目标，对整体定位形成硬性支撑；由上而下指的是从时间的维度由顶层设计开始，通常行业发展应当依次经历顶层设计、整体规划、方案策划、实施计划再到具体项目的实施；由此及彼实为“由彼及此”，国家行业发展应当借鉴不同行业发展的成功经验，或将他国的先进发展理念加以参照或改进使其能够灵活适应新的发展体系。

近年来，针对新材料技术的研究，各国已经形成多层次、跨领域发展体系，多个发达国家已将新材料的研发上升到国家战略层面以期在国际竞争中赢得先机。笔者从咨询行业角度出发，分别选取美国、日本、德国以及韩国等新材料产业发达国家为分析对象，考察各国在宏观政策方面的发展趋势，根据其他各国高新技术新材料产业发展道路的特点，总结出对我国新材料产业有益的经验启示。

二、新材料先进国家现状特征分析

（一）美国

1.政策趋势

长久以来，科学技术的发展一直是美国发展的核心，所以世界科技水平的领先国家一直是美国，美国对新材料技术的研发也从未停止过。从20世纪就称霸大气层的B-2隐形战斗机就是美国新材料研究的成功案例。自冷战以来，美国不断出台有关新材料发展的计划或政策，涉及能源、信息、生物、金属、建筑等多个重要领域，并从国家层面对新材料发展进行了系统定位。表1为自1990年以来，美国政府推出的与材料发展有关的产业政策。

表1 美国新材料产业政策

由上表可以看出，美国有关新材料发展的政策引导较密集，涵盖的领域包括国防安全、清洁能源、特种材料等，包含了纳米技术材料、复合材料、生物材料、能源材料及半导体材料等诸多领域的材料。美国的新材料产业带有浓重的军工特色，其新材料研究多服务于国家安全，以军工、航空航天及能源为主导方向，这使得美国在航空航天及电子计算机技术等方面一直处于高度领先状态。

2.特征分析

现阶段，美国将直接影响经济繁荣及国家安全的关键产业分为六类，而新材料位居第一大类。在此基础上，美国确定了22项关键技术，在这其中，与新材料产业密切相关的材料包括陶瓷材料、复合材料、材料合成和各类金属合金。从美国知名企业经营状况来看，各企业经营优势领域也与美国支持的重点方向相契合，如美国的埃克森美孚业务领域包括材料合成及加工，AT&T公司主营业务为电子通信。

并且由于美国科研的主导方向是为国家能源安全、国防领域服务，因此美国新材料产业具有明显的军工特色，多数前沿新材料产品多服务于军工产业，如美国的碳纤维多应用于航空航天、飞机制造业等，此外涉及军工等敏感应用领域的高性能产品更是处于被严密封锁状态，相关军工企业数据难以获得。

美国的新材料产业发展有以下经验可供借鉴：

(1)战略先行，高度重视。近年来，美国不断推进“再工业化”进程，其中重点扶持新材料产业。在国家层面推出的各种战略规划中对于规划目标更加细化和具体化。

(2)链式发展，共同推动。以国家政策为依托，国家能源部、国防部、航空航天等政府机构共同推进新材料产业向前发展，因此美国基本上已经形成了非常成熟的新材料产业发展的产业链。社会层面主要联合大学、科研机构等研发性组织，对材料的基础理论等方面进行试验研究，再结合企业实现成果转化，最终共同推进新材料的研究与发展。

（二）日本

1.政策趋势

为了拥有新材料的国际市场，日本制定的政策侧重点是优先转化价值大、市场应用前景广阔的新材料类型，制定的产业政策主要导向是支持新材料产业研发。

日本政府为了凸显新材料产业对国家发展的重要性，不仅在1984年颁布了《科学技术白皮书》，而且为了加速发展，还成立了相应新材料的研究机构，主要针对电子、生物工程等新材料相关技术开展大量深入地研究。与此同时日本政府对于材料科学家及工程师人才培养方面也加大筹码。

1994年，日本政府国家战略在基本的“科技立国”基础上，新加入“创新”这一主题，变成了“科技创新立国”，第一次把创新引入了国家战略内容，可见对创新的重视。并在分阶段的“科学技术基本计划”中的第四期（2011年—2015年）主题中，为日本高新技术新材料产业的发展指明道路，明确了在国家发展战略中新材料产业所处的重要地位。

2010年日本结合日本当前新材料产业长处和短处，发布了《日本产业结构展望2010》这一文件，同时划定了日本主要发展的十大新材料发展方向，其中包括功能化学、纳米技术、碳纤维等高精尖技术，并对这些领域进行了深入的现状分析及各自发展特点和发展导向进行了剖析，并针对目前存在的问题和各个领域达成的目标制定了一系列相关措施。

2016年1月，日本政府审议通过了《第五期科学技术基本计划(2016-2020)》，计划要求日本政府未来5年内GDP的4%以上费用用于科研研发投资。

可以看出，日本国家层面对于新材料、科技的研究也高度重视，涵盖了包括电子信息、生物工程、功能化学、高温超导、纳米科技、碳纤维等技术，这也是为什么日本能在新材料技术处于世界领先地位的原因之一。

2.特征分析

如今日本的环境、新能源材料和电子半导体三个领域在国际市场占有绝大份额，并且在工程塑料、碳纤维、精细陶瓷、有机EL材料、非晶合金、汽车钢铁材料、铝合金材料等方面的优势也很明显。其发展特征是以民用作为切入点，通过技术、产业升级，不断扩大应用领域，从而不断提升产品的附加值及市场占有率。碳纤维技术首先是美国提出来的，在新材料领域里扮演重要角色，虽然美国的研究起步早，但日本的后期研究使得日本的碳纤维技术及市场占有率位于世界前列。日本碳纤维材料在发展最初阶段应用前景不是很明朗，仅用于体育休闲；后期通过政策引导、加大研发力度及产研结合的方式推动碳纤维产品的不断升级，并不断发掘其在建筑、机械、交通运输、国家安全和航空航天等诸多领域的应用价值。目前日本碳纤维材料占据全球丙烯腈基碳纤维市场的大部分，份额高达60%。日本的高性能碳纤维技术发展速度较快，其发展动力主要来自三个方面：首先是国家顶层的设计与推动，其次是社会企业的产业联盟共同推进，第三是得益于日本对于人才培养的重视。

（三）德国

1.政策趋势

德国工业发展一直处于快速平稳的发展态势，不仅在传统领域有着深厚的基础，在新材料等高新技术领域也有着国际领先的实力。德国在国家层面十分重视高新技术的研究，将高新技术的开发与基础研究作为德国联邦政府的一项硬性任务。政府结合本国现状制定出不同时期的战略规划，同时制定出详细可行的实施方案从而带动技术升级以及产业的转型。德国联邦政府在20世纪60年代就意识到高新技术对国家发展的重要性，因此针对新材料高新技术、计算机技术和航空航天制定了发展研究计划纲要。

1994年，德国联邦就开始实施了《跨世界国家级新材料研究计划》，分别在装备制造、加工及应用等方面制定了实施计划以求在国际竞争中保持领先。

2006年德国为了使自己的科学技术能够达到世界领先水平，制定了《德国高技术发展战略规划》，提出要继续遵循科技兴国的指导方针，在短期内高速发展德国的高新技术产业，使德国能够继续成为一个以科技创新为指导的科技强国。

德国联邦政府为持续在高新技术产业方面得到战略成果，在2010年7月正式通过了《思想·创新·增长——德国2020高技术战略》，这是自从2006年德国第一个国家高新技术战略总体规划之后，为了促进高新技术的蓬勃快速发展，制定的又一项探求未来高新技术产业新发展的战略。该战略专注电子、信息及通信系统领域，主要服务于汽车、自动化、能源等行业。

2011年11月，欧盟委员会颁布了历时7年的“地平线2020”高新技术产业发展计划，该计划将花费800亿欧元。此次提出的方案计划不仅要求加强单项技术深入研究，还提出了多项技术并行混合研究计划及领域交叉研究计划，这些技术领域包括专项支持信息通信技术、光电子技术、纳米技术、微电子技术、先进制造工艺、先进材料、空间技术、生物技术以及这些技术的混合并行研究。

2012年11月，德国联邦政府为了充分利用废弃物的原材料，启动了《原材料经济战略》科研项目，此项目从开采到加工，都进行了原材料回收处理，因此能够有效地回收一些金属元素，例如稀土、铟、镓、铂等，从而减少资源的浪费。

2013年4月，德国颁布了《关于实施工业4.0战略的建议》白皮书。德国为了凸显工业4.0的重要性，把工业4.0项目纳入了《高技术战略2020》的10个未来项目中，可见德国对于这项革命的高度重视，这是一项能够推动互联网、新材料、新能源、生物技术和高端制造飞速发展的新型工业革命。推出这项战略后，德国各界都认为，要想在国际竞争中处于领先地位，新材料技术的发展和应用十分必要。

德国于2016年3月颁布了《数字战略2025》，这项战略明确了数字化、智能化的必要性及向数字智能化转型的必要性以及要快速实现这个目标需要的具体实施办法，其中重点支柱项目包括工业3D打印等。

另外，欧洲其他国家也都先后颁布了高新材料发展计划，欧盟在制定未来发展计划中，优先研究主题中多达4项是有关高新技术材料的。

2.特征分析

现如今，工程材料、钢铁材料、高分子材料等是德国的主要强项材料。从其发展规划不难看出，德国的材料产业发展也是政策先行，从国家层面对产业进行整体规划。更重要的一点是德国的技术领先得益于其突出的科研能力，高水平的研究所也是琳琅满目，包括知名的海姆霍茨大研究中心联合会、德国马普学会、莱布尼茨研究联合会、佛朗霍夫协会等，并有诸如拜耳、汉高、赢创工业等科研、产出能力较强的企业为产业发展做引导。诸多顶级研究资源使得以德国为首的欧盟团队在材料科学研究领域跻身世界第一梯队。

（四）韩国

1.政策背景

2012年6月，韩国知识经济部和教育科学技术部表示为发展“纳米融合2020项目”，快速将纳米技术应用到市场，韩国将持续注入大量资金直至2020年，总投资将达到5130亿韩元，换算人民币大概28.2亿元人民币。

韩国政府在2013年7月颁布了《第三次科学技术基本计划》，此项计划包含了120项国家战略技术，这其中还包含30项重要技术的研究开发，这30项重要技术是韩国未来技术研究的主要方向，技术包括互联网大数据、高新材料技术等，并且这些研究技术包含领域十分广泛。此外，该项计划提出要重点集中力量发展生物材料、高性能结构材料、纳米弹性元件、生态材料等。

2014年，在3D打印技术飞速发展的时代，韩国政府迅速做出反应，制定了相应发展规划，从人才培养、法律规范、技术发展、设备开发等方面进行全面发展，齐头并进。在既有的计划政策基础之上，为了成为3D打印技术世界领先国家，提高综合竞争力，韩国颁布了《韩国3D打印产业振兴计划(2017-2019年)》等一系列文件规定。

2.特征分析

韩国新材料发展特点偏于民用，在民用半导体占据市场优势。韩国已拥有的家电、汽车、半导体、液晶显示器产业，与人工智能(Artificial Intelligence，AI))和物联网(Internet of Things，IOT))等智能信息技术相结合，可以创造出非常多的发展机会。

韩国为了在未来国家竞争中能够处于有利位置，将2025年的高新技术做了梳理，其中包括多种关于新材料的技术：高性能高效结构材料、下一代高密度存储材料、自组装的纳米材料技术、生态环境材料、生物材料、纳米材料、仿生化学加工方法。现阶段，韩国在半导体、造船、汽车、电子通信等产业具备优势，在零部件产业方面竞争力较强，相比于世界发达国家，在进行世界第四次产业革命过程中，韩国依然不占上峰，并且身后的一些其他新兴国家正在紧追不舍，差距逐渐在缩短。

三、结论与启示

通过对美国、日本、德国、韩国等先进国家的新材料产业发展特征分析可得出以下四个结论，为我国新材料产业发展提供借鉴和参考。

（一）有为政府和有效市场共同作用优化资源配置

市场和政府与高新技术新材料的推进和发展密不可分。政府端通过政策发布对新材料的发展起到强大的推动作用，市场端则通过市场需求对于新材料的研发、产业的创新起到积极的拉动作用。同时，在政府与市场的协同作用下，社会创新资源、产业资源以及社会资本将受政策与市场的引导实现资源的优化配置，进而实现整个产业系统的高效运作。

（二）集约集群化发展

从材料先进国家的产业发展模式可以看出，美国的链条式横向扩展比较突出，美国高校研究机构和企业联合开发，共同创新的机制使得美国一直处于世界的创新前沿，形成产业集约集群化发展趋势。德国则通过企业联盟或行业协会使得资源集聚化，该纵向一体化的方式使得产业上下游资源能够有效整合。为推动整个新材料产业的向前迈进，可通过大企业的带动，实现整个行业的统一协调，资源得到充分利用。

（三）能源环境协调，绿色低碳发展

通过发达国家新材料发展实践来看，新材料产业趋于绿色低碳化，与环境的兼容性也日趋增强，以期形成绿色可持续发展之态势。新材料的发展不仅推动了多晶硅、风机制造等一些工业和制造业的蓬勃发展，还推进了电动汽车交通、输送电网和终端产品的革新与生产。通过新材料的发展，建筑行业和风力发电产业有了更多地选择，进而使得这些产业有了突破性进展。新材料正向着多样化、功能集成、结构微型、模块集成、数字智能等方向并行发展，为提高新材料的综合研发能力，欧洲多个国家已经通过法律法规来促进新材料的发展。如果将高端制造产业与纳米技术相结合，得到的产品功能将更齐全、更现代智能、模块集成程度更高、成品更灵巧。可以说，未来主要发展道路方向之一就是以低碳节能、绿色环保为主题的新材料技术。

（四）“政产学研用金”形成合力

发达国家对于产业的推动手段较为相似，通过“政、产、学、研、用、金”的方式共同推动产业的创新发展。政策实施、产业规划、高校资源、科研机构、用户端创新、金融支持等手段成为了推动材料产业发展的重要手段。前期通过顶层设计与政策引导，确立产业发展方向，使得体系得以规范化、标准化发展，同时通过政府资金的支持，推动产业初期相关项目的的启动工作。后期产学研的结合是产业发展的重要组成部分，该阶段以生产企业为主体，联合研究机构、高校资源实现技术的改进，或通过企业内部创新的方式推进技术的革新，如美国陶氏、德国巴斯夫、日本三菱化学、韩国三星电子等大型跨国企业其内部都会设立独立的产品研究部门，每年在新产品的研究开发方面都有较大资金投入，以期实现企业内部创新。随着产品应用范围的推广，用户对产品的要求不断提高，而用户对于产品性质及功能的理解与需求成为了产品创新发展的源头，部分产品用户逐渐向创新主体过渡。同时，这类企业对外通过兼并收购的方式，不断扩展创新源头，扩大自己的业务范围。

另外，金融体系对于产业的发展也有不可忽略的作用，通过社会资本方的资金注入激发企业创新实现双赢。比如硅谷的风险投资，世界上许多地区的投资都是以硅谷风险投资为标杆，硅谷在世界范围内的风险投资体量巨大，其投资总量占美国全部风险投资的40%。从2003年到2013年这段时间，持续不断的资本投入使得企业研究开发新产品注入了源源不断的动力，每年多达一百亿到一百二三十亿的资金为这些研究开发提供了雄厚的经济支持。