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前沿新材料产业基础能力分析
发布时间:2022年05月19日

智能高分子材料、轻质高强及高功能金属材料、新型无机非金属材料、多功能复合材料等,将支撑类脑智能、AI、深空探测、网络安全、高效能量转化领域未来发展。原辅材料供应、基础工艺制造水平、产业关键核心技术、核心基础装备水平、关键基础零部件 / 元器件、基础检验检测仪器、基础工业软件等产业基础能力是前沿新材料发展的重要保障。

重点前沿新材料产业涉及近 30 种主要原辅材料,石墨烯、丙烯腈、稀土矿、钛铁矿、锂电池负极材料、卤素钙钛矿、稀土金属及氧化物、铟、镓、硒等自主可控(即 90% 以上可自主保障),生物感知凝胶、酚醛树脂、光卤石等安全可控(即 70% 以上可自主保障),铝土矿等对外依赖度大(即 50% 以上依赖进口),光刻胶、晶圆、电子特气、光掩膜、湿电子化学品、高纯铁氧体、高纯金属微粒、锂、镍、钴、发光二极管(LED)外延片及芯片、材料数据库等对外依赖度大(即 80% 以上依赖进口)。

在重点前沿新材料的主要基础制造工艺中,激光刻蚀、高效低成本金属熔体增材制造、铸造、塑性加工成形、金属层状复合材料短流程制备加工、耐烧蚀热防护材料制造及数据挖掘等达到了国际先进水平,但第三代碳纤维复合材料制造、光刻、锂离子电池生产、热电材料制备等与国际先进水平仍有差距。未来,需要进一步突破激光刻蚀自动化精准化、连续金属液流控制与随形快冷 [6]、大规格铸锭成分均匀性控制 [7]、轻合金型材精密挤压、高界面结合强度宽幅金属复合薄板制备加工、针对前沿新材料的数据挖掘等技术,保持或扩大领先优势;在发展水平滞后的细分方向,需要打破关键核心技术封锁,提高自身研发能力,实现关键设备、原料、核心技术的持续自主创新。

在重点前沿新材料产业关键核心技术中,中国铝业股份有限公司、清华大学、北京航空材料研究院分别在铝电解技术、类脑计算、钛合金精密铸造方面达到了国际先进水平;南大光电材料股份有限公司、华为技术有限公司、中芯国际集成电路制造有限公司、长电科技股份有限公司、亚联高科股份有限公司、杉杉能源有限公司、北京科技大学、中国科学院金属研究所分别在光刻机核心技术、芯片设计制造、高端芯片封装技术与装备、LED 外延材料、锂电池材料制备技术、制氢与储氢技术、材料基因工程前沿共性技术 [8,9]、智能制造技术方面处于国内优势地位,但与国际先进水平仍有差距。当前,全球围绕重点前沿新材料产业关键核心技术主导权的竞争日趋激烈,我国加大关键核心技术的研发投入,是提升产业关键核心技术、推动产业迈向高端水平的必然选择。

在重点前沿新材料产业核心基础装备中,面光源制造设备、智能制造设备达到了国际先进水平,但大型及精密锻造设备、多晶硅提纯设备、燃料电池检测设备等与国际先进水平仍有差距(见表 1)。

表 1  产业核心基础装备水平

在重点前沿新材料产业关键基础零部件 / 元器件中,类脑计算硬件平台、激光反射薄膜等达了国际先进水平,但光刻机光源、光刻机镜头、脑机接口、高性能滤波器、掩膜版等与国际先进水平仍有差距(见表 2)。

表 2  产业关键基础零部件 / 元器件情况

在重点前沿新材料产业主要基础检验检测仪器中,材料静态万能试验机、电化学检测器、半导体器件电性能参数测试仪等达到国际先进水平,但扫描电镜、透射电镜、高端示波器等与国际先进水平仍有差距(见表 3)。

表 3  主要基础检验检测仪器自主保障情况

基础工业软件是智能制造、工业互联网以及众多高科技产品设计制造的基本保障。在重点前沿新材料产业基础工业软件中,高通量计算软件、工程设计中的计算机辅助工程(CAE)等多种软件与国际先进水平有明显差距(见表 4),是工业行业中的薄弱领域。

表 4  基础工业软件自主保障情况