十三五新材料技术发展报告

十三五2017新材料技术发展报告国家新材料产业发展战略咨询委员会（NationalAdvisoryCommitteeonNewMaterialsIndustryDevelopmentStrategy,NACMIDS，简称材料委）由国家科学技术部于2001年8月批准成立（国科高字【2001】116号），定位是独立的咨询中介机构、国家材料领域的第三方智库、非盈利机构，主要任务是承担国家新材料产业发展方面的战略研究工作，为政府部门、企事业单位提供行业发展建议。材料委通过网站、数据库、战略高层次研讨会等活动，紧密联系材料领域高层次科技和工程人员，加强我国材料领域学术界、工业界与国际同行的交流，推动我国材料科学技术发展与应用，提升产业结构，增加企业创新能力与产品附加值，同时坚持独立自主、民主公益的原则，为建设科技创新型国家、构建和谐社会贡献力量。目前，材料委专家委员会包括46位院士及85位国内知名材料专家。材料委拟构建“五院一中心”架构体系，全方位服务于我国新材料领域。材料委天津研究院于2016年11月成立，旨在通过对前沿科技信息的把握，对最新技术动态的感知监测，对科技产业的深入研究，对大数据思维和工具的探索应用，提供专业、全面的信息调研、专家顾问和渠道监测等科技战略咨询服务，打造国内最科学、最完善、最前沿的新兴科技服务平台，发挥新兴科技服务业在强化科技与经济对接、创新成果与产业对接、创新项目与现实生产力对接等方面的作用。《2017十三五新材料技术发展报告》由材料委天津研究院团队编撰，动员了国内外数十名专家、行业分析师，围绕高性能高分子材料、先进能源与电子材料、先进结构与复合材料、新型功能材料、材料基因工程五大领域的16个专题进行了专项分析，将国内外研发及产业现状、产业发展格局、未来趋势及专家建议汇总梳理成文，供相关人士参考。感谢中国工程院张全兴院士、中国科学院化学研究所徐坚研究员、中国科学院电工研究所所长肖立业、中国科学院金属研究所孙晓峰研究员、中国科学院光电研究院毕勇研究员、南京大学李弘教授、中国石油化工股份有限公司北京化工研究院副院长乔金樑、国防科技大学周新贵教授、上海交通大学张荻教授、河南大学王丽教授、北京科技大学田建军教授、美国爱荷华州立大学吴越副教授、中国科学院上海硅酸盐研究所闫继娜、北京工业大学岳明教授、中国科学院宁波工业技术研究院闫阿儒研究员、浙江大学严密教授、中国科学院半导体研究所陈弘达研究员、中国科学院物理研究所黄学杰研究员、中国科学院化学研究所吴德成研究员、山东大学王志宁研究员、北京科技大学宿彦京教授、中国科学院化学研究所赵宁研究员、四川东材科技集团股份有限公司公司副董事长唐安斌等专家对本报告的指导与支持。中国工程院院士周廉国家新材料产业发展战略咨询委员会主任2018年5月序特邀委员46人专家名录李元元陈建峰陈立泉陈祥宝丁文江段雪范守善蹇锡高江东亮姜德生李卫李言荣李仲平刘中民毛新平钱旭红邱勇谭天伟屠海令王国栋王一德王迎军王玉忠吴以成谢建新徐惠彬张兴栋郑厚植周克崧周玉干勇王占国王静康甘子钊左铁镛朱道本李龙土李依依杜善义张寿荣张泽张懿胡壮麒欧阳平凯黄伯云魏炳波战略委员85人常辉陈弘达崔福斋崔予文单智伟葛鹏顾忠伟韩恩厚韩雅芳胡伯平黄卫东黄小卫贾豫冬姜勇蒋成保介万奇来国桥李光宪李贺军李建保李临西李晓刚李争显刘敏刘向宏刘馨刘兴军马朝利毛小南聂祚仁潘峰潘复生乔金樑沈晓冬盛朝迅史文芳史永超孙宝德孙军汤慧萍田志凌闻海虎翁端吴锋夏天东熊柏青徐坚许并社闫果姚燕姚长亮易丹青易健宏益小苏于希椿张国庆张怀武张立群张平祥张新明张增志赵永庆周少雄朱美芳左良高文柱任志武奚正平高瑞平戴国强王天民王华明毛传斌冯勇吕昭平任晓兵刘建章邹志刚张荻陆辛林均品罗宏杰欧阳世翕钟景明顾宁专家名录前言06目录高性能高分子材料07高性能分离膜08环境友好生物基材料14特种工程塑料19功能性光学薄膜27先进能源与电子材料32锂离子二次电池相关材料33先进光伏和热电材料46第三代半导体材料56柔性显示63先进结构与复合材料68增材制造材料与3D打印技术69高性能纤维及复合材料78先进无机复合材料92高温合金100新型功能材料106新型生物医用材料107超导材料113新型稀土永磁材料120材料基因工程127材料基因工程128材料是人类生存及发展的物质基础，是经济建设和国防安全的重要基石。新材料是现代高新技术发展的先导，是提升传统产业技术能级的关键。新材料的发展及材料技术的创新将会促进国家经济繁荣发展、提升国际竞争优势，是世界各国科技发展战略的重要组成部分。长久以来，美国在材料领域一直保持着全面领先，这得益于美国所制定的一系列促进新材料、新能源技术发展的战略与规划。“先进制造伙伴计划”、“低成本宽禁带半导体晶体发展战略计划”、“电动汽车国家创新计划”、“氢燃料电池研究计划”、“材料基因组计划”等战略计划的制定与实施确保了美国在材料领域的领跑地位。日本是世界公认的材料强国，其早在“第三期科学技术基本计划”中就将纳米技术与材料确定为国家级优先发展领域，在《日本产业结构展望2010》中将高温超导技术、纳米技术、碳纤维技术、功能化学技术、高性能IT技术等尖端技术及产业作为新材料的未来发展方向，在“氢基本战略”中将氢能源上升到了国家战略的地位，持续推动燃料电池技术的发展，通过政府对新材料技术的长期支持，日本新材料产业快速发展，确保了在半导体材料、电子材料、碳纤维复合材料等领域的全球领导地位。欧盟是新材料技术发展最快的区域之一，通过实施“欧盟能源技术战略计划”、“第七研发框架计划”、“地平线2020”等战略计划，欧盟在纳米技术、材料科学、制造技术、空间技术及能源技术等领域迅速发展。我国政府也非常重视新材料产业的发展，近年来，工信部、发改委、科技部等多部委相继发布了新材料产业、战略性新兴产业发展规划及科技发展规划。《中国制造2025》、《关于加快新材料产业创新发展的指导意见》、《“十三五”材料领域科技创新专项规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等战略及发展规划的提出为我国新材料产业的发展保驾护航。目前，我国新材料产业发展规模不断扩大，发展布局日趋合理，技术水平稳步提升，创新能力日益增强，并取得了丰硕的成果：钢铁、有色金属、稀土金属、水泥、玻璃和化学纤维等百余种材料产量达到世界第一；储能材料、光伏材料、稀土功能材料、特种不锈钢、超硬材料、玻璃纤维及其复合材料等产业产能居世界前列；半导体照明、新型显示、高性能纤维及复合材料、多晶硅等领域成果加速工程化和产业化，培育和发展了一批新兴产业和新的经济增长点；超级钢（细晶钢）、电解铝、低环境负荷型水泥、全氟离子膜、聚烯烃催化剂等关键技术得到突破，对传统产业的优化和提升作出了重要贡献；纳米材料与器件、人工晶体与全固态激光器、光纤、超导材料等技术领域取得重大进展，在世界科技前沿占有了一席之地；生物医用材料、海水淡化技术等材料技术不断发展，为科技进步惠及民生提供了保障。随着新材料产业的迅速发展，世界各国不断抢占新材料、新能源领域的话语权和制高点，巨头企业借助大量资本和优秀人才把控市场，我国新材料产业发展迎来了关键时期，必须把握住当前材料领域发展的重点、难点、空白点和关键点，重点发展具有共性、关键性、集成性、带动性的新材料技术，围绕产业化关键技术研发攻关，推动新材料高端技术的升级换代，引进和培养新材料领域高端人才，创造规模技术和经济价值，服务于国民经济主战场的迫切需求，建立起具有自主知识产权、完善的战略性新材料产业体系。前言高性能高分子材料◎高性能分离膜◎环境友好生物基材料◎特种工程塑料◎功能性光学薄膜ARTONEP8高性能分离膜综述国内外进展分离膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，其可在两种相邻流体相之间构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。高性能分离膜作为新型高效分离技术的核心材料，具有高分离性能、高稳定性、低成本和长寿命等特征，是实现节能减排和环境保护的重要基础材料，在石油化工、医药、食品、电子、水处理与净化、海水淡化和空气净化等领域具有良好的应用前景。据MarketsandMarkets预测，2021年全球分离膜市场规模将达到119.5亿美元，复合年均增长率为10.3%。根据分离原理和推动力的不同，高性能分离膜可以主要被分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）、正渗透膜（FO）、电渗析膜（ED）、渗透汽化膜（PV）、气体分离膜（GS）等几大类。从全球发展现状来看，以美日为代表的国外企业在高性能分离膜领域优势较为明显，尤其是在反渗透膜领域，形成了寡头垄断的格局，且在正渗透膜、气体分离膜等热点研究领域优势明显。相比较而言，我国在高性能分离膜研究领域的起步较晚，且中低端产品居多，尤其是在高性能反渗透膜、正渗透膜领域仍与国外企业有着较大差距。但是在我国政策及资金的大力支持下，我国的高性能分离膜研发进展迅速，在微滤、超滤膜领域已达到国际先进水平。国外在高性能分离膜领域起步较早，发展较为成熟，尤其是在反渗透膜领域已基本形成了垄断局势。在所有海外国家中，美国和日本在高性能分离膜领域的领先优势尤为明显。美国在高性能分离膜领域的代表型企业有覆盖面较大的陶氏杜邦公司（DowDuPont）、科氏滤膜系统有限公司（KochMembraneSystems,Inc,KMS）、懿华水处理技术公司（EvoquaWaterTechnologiesLLC），专注于气体分离膜的AirProductsandChemicals公司、MembraneTechnology&Research公司、AirLiquideAdvancedSeparations（ALaS）公司以及Generon公司，在正渗透膜领域较为领先的HydrationTechnology（一）国外进展9高性能高分子材料高性能分离膜领域覆盖较全的日东电工株式会社（NittoDenkoCorporation）高性能分离膜领域覆盖较全的东丽株式会社（TorayIndustries,Inc.）偏向气体分离的宇部兴产株式会社（UbeIndustries,Ltd.）专注于超滤微滤的旭化成株式会社（AsahiKaseiCorporation）法国苏伊士环境集团德国OSMOMembraneSystemsGmbH法国TAMIIndustries德国Fumatech等丹麦AquaporinA/S德国迈纳德（MICRODYN-NADIRGmbH）在高性能分离膜领域较为领先的企业以水通道蛋白和正渗透为主要特色的企业专注于无机膜研发的企业较早进行均相电渗析膜和双极膜研发生产的企业Innovations（HTI）公司和OasysWater公司等。2017年10月，GE水处理被法国苏伊士环境集团（SuezEnvironnement）收购后，美国在高性能分离膜领域的优势有所减弱。但是陶氏杜邦和科氏仍在努力维持自己的优势，近一年内做出了很多成果。2017年9月26日，陶氏杜邦宣布其水处理及过程解决方案业务部将为计划于2018年4月开始商业运营的阿曼Barka海水淡化厂的BarkaIWP提供超过22,000个陶氏杜邦FILMTEC™反渗透膜元件。科氏则在2017年3月宣布推出用于苛性碱回收再利用的Causti-COR™纳滤系统，2017年5月又与ADM公司合作，用其PURON®HF超滤系统为ADM工厂的水处理设备升级，2017年9月宣布FLUIDSYSTEMS®反渗透膜与纳滤膜产品线回归。气体分离领域，空气化工产品公司2017年在液化天然气生产、生物质制氢领域取得订单，同时发布了新的PRISM®N3氮气分离膜，其分离效率提升近一倍。MTR则在2017年推出了新的溶剂脱水膜，主要用于乙醇，异丙醇，乙腈和四氢呋喃的脱水，经该分离膜处理的溶剂其含水量较目前的分离措施可降低0.1-1%。日本方面，高性能分离膜领域覆盖较全的公司有日东电工株式会社（NITTODENKOCORPORATION）、东丽株式会社（TorayIndustries,Inc.），另外还有偏向气体分离的宇部兴产株式会社（UBEINDUSTRIE