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新材料是中國建設(shè)制造強(qiáng)國、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，新材料技術(shù)是支撐現(xiàn)代科技和產(chǎn)業(yè)的“基盤技術(shù)”，也是大國博弈戰(zhàn)略必爭的源頭技術(shù)。中國新材料發(fā)展已取得巨大進(jìn)步�？傮w來看，新材料產(chǎn)業(yè)已從“以解決有無問題為主”的規(guī)模擴(kuò)張階段，跨越到以滿足國家重大戰(zhàn)略需求、提升國際競爭力為主的高質(zhì)量發(fā)展階段；材料科技創(chuàng)新模式已從“以跟蹤仿制為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案�蹤仿制與自主創(chuàng)新并舉”。

當(dāng)前人工智能飛速發(fā)展，持續(xù)為材料技術(shù)創(chuàng)新賦能并不斷催生新模式、新業(yè)態(tài)和新賽道，世界各國都高度重視新材料發(fā)展并加速爭奪未來材料發(fā)展制高點(diǎn)。中國應(yīng)集聚資源，加快建立具有中國特色的“人工智能（ArtificalIntelligence,AI）+材料”創(chuàng)新體系，圍繞新一代信息技術(shù)、新能源、高端裝備制造、生命健康等重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)π虏牧系闹卮笮枨�，持續(xù)攻關(guān)、精準(zhǔn)發(fā)力，確保在未來國際競爭中形成*發(fā)展能力。

01、新材料技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命不斷深入，顛覆性技術(shù)不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉融合加快，新材料技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出以下新趨勢。

1.1|AI賦能將指數(shù)級提升新材料研發(fā)速度

以材料高效計算設(shè)計、自主實驗、大數(shù)據(jù)、智能制造等為代表的材料智能技術(shù)將顯著提升材料設(shè)計制造的效率和水平，材料科學(xué)研究進(jìn)入“密集數(shù)據(jù)+人工智能”的第四范式。2023年11月底，Google旗下的DeepMind在Nature發(fā)表論文，宣布應(yīng)用大規(guī)模計算數(shù)據(jù)集訓(xùn)練了圖形網(wǎng)絡(luò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型GNoME，尋找到了38萬余個熱力學(xué)穩(wěn)定的晶體材料，相當(dāng)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(yù)測晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，搭建了自主實驗室A-Lab，平均每天產(chǎn)出2個以上新的化合物，至今仍在持續(xù)迭代優(yōu)化。中國已有科研團(tuán)隊通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，完成了搭建幾何模型、準(zhǔn)確預(yù)測物理性能、逆向設(shè)計材料等多個環(huán)節(jié)，突破多孔材料強(qiáng)度-密度關(guān)系經(jīng)驗上限，獲得了密度1.68g/cm3、極限抗壓強(qiáng)度598MPa的超強(qiáng)鈦合金多孔材料。

1.2|在微觀尺度上以及跨尺度耦合機(jī)制上發(fā)展現(xiàn)代材料制造合成技術(shù)

材料研究和制造向極微觀（納米及原子量級）發(fā)展。以原子、分子、電子為起始物質(zhì)進(jìn)行材料制備合成，在微觀尺度上控制其成分和結(jié)構(gòu)，成為材料制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。觀測精度的不斷提升和視場的不斷擴(kuò)大使得跨尺度耦合成為可能。納米材料與器件構(gòu)筑技術(shù)、納米尺度共格界面強(qiáng)化技術(shù)等已被公認(rèn)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(jìn)入原子級制程，即由“納米時代”進(jìn)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(fā)展提供重要支撐。

1.3|極端服役環(huán)境牽引新材料向性能極限化發(fā)展

探月及深空探測、深海及兩極開發(fā)、核反應(yīng)堆等極端環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域，要求材料由單一功能向多功能拓展，不但具有超常規(guī)性能還必須在服役過程中保持穩(wěn)定性能。例如，在探月及深空探測領(lǐng)域，超聲速飛行器等空天裝備要求材料滿足更輕質(zhì)、高強(qiáng)韌化、抗輻照、耐高/低溫、可重復(fù)使用等性能要求。在深海探測領(lǐng)域，應(yīng)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(yīng)堆系統(tǒng)中，要求相關(guān)材料服役溫度高于2000℃、耐堿金屬和熔鹽腐蝕并可承載復(fù)雜載荷。

1.4|新材料生產(chǎn)和應(yīng)用綠色化水平不斷提升

隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，資源、能源、環(huán)境對材料生產(chǎn)、應(yīng)用、失效的承載能力，戰(zhàn)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(hù)與延壽、材料替代、材料循環(huán)再利用及全生命周期評價等技術(shù)成為發(fā)展熱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計，“十四五”期間二次資源循環(huán)利用對中國碳減排的綜合貢獻(xiàn)率已達(dá)到30%，預(yù)計到2030年將達(dá)到35%。

1.5|前沿新材料技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化特征

隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、腦科學(xué)、材料基因組及凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，前沿新材料技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在實現(xiàn)關(guān)鍵突破之前，很難判斷哪一種技術(shù)路線*優(yōu)。例如，量子計算呈現(xiàn)出超導(dǎo)、光量子、離子阱、半導(dǎo)體、拓?fù)涞榷鄺l技術(shù)路線并行發(fā)展態(tài)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(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體或者金屬等材料。在新型存儲器領(lǐng)域，鐵電介質(zhì)、氧化物半導(dǎo)體等新型存儲材料都有可能實現(xiàn)存儲容量、存儲可靠性大幅提升，都有潛力實現(xiàn)三維內(nèi)存。前沿材料技術(shù)路線的多元化提供了未來發(fā)展的無限潛力。

02、國外新材料科技政策重點(diǎn)支持方向

世界各國高度重視新材料科技發(fā)展，制定了各種戰(zhàn)略規(guī)劃、科技計劃等政策予以支持。通過梳理發(fā)現(xiàn)，典型的國家重點(diǎn)支持的技術(shù)方向主要集中于兩條主線：一是建立大數(shù)據(jù)、人工智能驅(qū)動的材料創(chuàng)新體系，使之成為未來材料技術(shù)可持續(xù)競爭力的基礎(chǔ)源泉；二是發(fā)展支撐信息、制造、能源、健康醫(yī)療等戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域的先進(jìn)材料研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)，通過材料創(chuàng)新推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

2.1|美國

美國持續(xù)更新主要發(fā)展戰(zhàn)略，目標(biāo)是保持其在先進(jìn)材料領(lǐng)域的全球*地位，并支撐信息技術(shù)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和納米技術(shù)等的發(fā)展，滿足其他行業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω黝愊冗M(jìn)材料的需求。

2021年，美國更新發(fā)布《材料基因組計劃戰(zhàn)略規(guī)劃》，提出整合材料創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施、充分利用材料數(shù)據(jù)的力量、教育培訓(xùn)和有效組織材料研發(fā)人才隊伍等3個主要目標(biāo)，并公布了九大關(guān)鍵材料研究領(lǐng)域的63個重點(diǎn)方向。

《國家納米技術(shù)計劃戰(zhàn)略規(guī)劃》是為數(shù)不多的歷經(jīng)5屆美國政府持續(xù)資助的*研發(fā)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(jìn)了大量納米技術(shù)研發(fā)，實現(xiàn)了在原子尺度上對物質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，推動了納米科學(xué)從新興研究領(lǐng)域轉(zhuǎn)變?yōu)橥苿蝇F(xiàn)實應(yīng)用的技術(shù)，催生了6項諾貝爾獎，推動了美國生物醫(yī)藥、量子信息、先進(jìn)芯片等多個新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

2022年，美國發(fā)布《國家先進(jìn)制造業(yè)戰(zhàn)略》。該文件繼續(xù)重點(diǎn)關(guān)注先進(jìn)材料與加工技術(shù)以及智能制造未來趨勢，電子制造更加聚焦了半導(dǎo)體領(lǐng)域，并著重強(qiáng)調(diào)清潔能源與制造工藝脫碳技術(shù)，以及生物制造與生物質(zhì)加工，將可持續(xù)材料管理原則和增材制造納入產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)。

美國國家科學(xué)基金會（NationalScienceFoundation,NSF）每年發(fā)布材料學(xué)科年度計劃。2024年度對材料領(lǐng)域的支持主要集中在以下3個方面：一是新型半導(dǎo)體材料，主要包括砷化硼、銦基溶膠-凝膠前驅(qū)體、二維鐵電材料、先進(jìn)光刻膠材料、鐵電氧化物、超快節(jié)能反鐵磁隧道結(jié)等；二是量子材料，主要包括二維材料、異質(zhì)結(jié)構(gòu)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?fù)渎曌觿恿�學(xué)與控制等；三是清潔、低碳材料，加速材料開發(fā)、制造和使用向循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

近兩年，美國谷歌公司、微軟公司等科技巨頭企業(yè)紛紛加大投資開發(fā)材料科學(xué)領(lǐng)域的大模型。2024年10月，美國商務(wù)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(qū)動的可持續(xù)半導(dǎo)體材料自主實驗項目，加速新材料與新工藝的發(fā)現(xiàn)、設(shè)計、合成和部署，以及培養(yǎng)滿足行業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)所需的研究人員，確保美國國內(nèi)半導(dǎo)體制造業(yè)的長久繁榮。

2.2|日本

日本高度重視材料科技創(chuàng)新，特別在高端材料和前沿材料方面進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃。日本在材料研發(fā)上注重實用性，并強(qiáng)調(diào)材料與環(huán)境、資源與能源等的協(xié)調(diào)發(fā)展，所選取的重點(diǎn)是市場潛力巨大和附加值高的細(xì)分材料方向，并希望盡快實現(xiàn)專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。

2021年日本發(fā)布《材料創(chuàng)新力強(qiáng)化戰(zhàn)略》，提出建立以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的材料創(chuàng)新體系，推動數(shù)據(jù)驅(qū)動型材料研究，以強(qiáng)化日本材料創(chuàng)新能力。該戰(zhàn)略圍繞材料開發(fā)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)驅(qū)動研發(fā)、國際競爭力3個維度提出了行動計劃方案，其中“數(shù)據(jù)驅(qū)動研發(fā)”是主要舉措，擬整合以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的材料研發(fā)平臺，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動型創(chuàng)新體系。

2023年6月，日本發(fā)布了《半導(dǎo)體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》，提出通過加強(qiáng)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、推動國際合作、促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新等手段，到2030年將國內(nèi)半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)銷售額提高到15×104億日元，實現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全面復(fù)興。日本在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的科研項目覆蓋了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開發(fā)的多個層面。例如，針對下一代半導(dǎo)體材料（如二維材料、碳基材料等）的研究，以及針對現(xiàn)有材料的性能提升和成本降低的研究。為支持半導(dǎo)體材料科技創(chuàng)新，日本政府和企業(yè)均投入了大量資金。據(jù)報道，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在2024年預(yù)算中特別劃撥了超過1230億日元用于芯片相關(guān)計劃，其中大部分資金將用于加強(qiáng)供應(yīng)鏈和促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展。近年來，日本在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域取得了多項技術(shù)突破，特別是在極紫外光刻膠等關(guān)鍵材料上，日本企業(yè)占據(jù)了全球市場的半壁江山。這種技術(shù)優(yōu)勢不僅為日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐，也使其在全球科技競爭中占據(jù)了重要位置。

日本在碳纖維、電子材料、特種鋼、陶瓷材料等領(lǐng)域處于國際*地位，重點(diǎn)開發(fā)用于信息通信、新能源、生物技術(shù)及醫(yī)療領(lǐng)域的新材料。東麗株式會社從改進(jìn)專有的納米級結(jié)構(gòu)控制技術(shù)入手，開發(fā)出T1200碳纖維新產(chǎn)品，成為當(dāng)前強(qiáng)度*高的碳纖維。2024年，日本國立材料科學(xué)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(yù)測材料特性和壽命。該項目將利用半個多世紀(jì)以來積累的材料可靠性評估數(shù)據(jù)提升材料、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性評估水平。

2.3|歐盟

歐盟將先進(jìn)材料列為關(guān)鍵使能技術(shù)之一，提出要在材料科學(xué)和工程的多個研究領(lǐng)域成為國際領(lǐng)導(dǎo)者，并在盡可能多的先進(jìn)材料技術(shù)中爭當(dāng)世界*。

歐盟高度重視清潔技術(shù)。歐盟委員會于2019年啟動《歐洲綠色協(xié)議》，碳邊界調(diào)整機(jī)制（CarbonBorderAdjustmentMechanism,CBAM）是其重要組成部分。2023年歐盟發(fā)布《關(guān)鍵原材料法案》，該法案旨在加強(qiáng)歐洲關(guān)鍵原材料價值鏈的所有階段，包括提高循環(huán)性和回收利用率。歐盟設(shè)定的目標(biāo)是每年關(guān)鍵原材料消費(fèi)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(yè)法案》，規(guī)定第三國產(chǎn)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(zhàn)略凈零技術(shù)”為本土制造。

歐盟也高度關(guān)注高性能材料、智能材料、生物基及可回收材料、納米技術(shù)等前沿領(lǐng)域。2022年12月，歐洲材料聯(lián)盟組織發(fā)布《材料2030路線圖》，圍繞九大類材料創(chuàng)新市場，詳細(xì)闡述了5個共同優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域（材料數(shù)字化、新材料加工和大規(guī)模生產(chǎn)、材料創(chuàng)新市場、政策、治理等），以及7個優(yōu)先發(fā)展方向（生物基、生物可降解、可循環(huán)使用的材料，嵌入式電子器件和后硅時代電子器件，先進(jìn)涂層和表面紋理材料，用于增材制造的先進(jìn)材料，傳感器和多功能材料，用于循環(huán)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(fā)布《先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)力通報》，提出大力支持能源、交通、建筑業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)四大戰(zhàn)略領(lǐng)域的先進(jìn)材料研究與創(chuàng)新；構(gòu)建專門用于先進(jìn)材料研究和創(chuàng)新的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，借助人工智能等工具在受控環(huán)境中加速新型先進(jìn)材料的設(shè)計、開發(fā)和測試。

2024年3月，歐盟委員會通過“地平線歐洲”2025—2027年戰(zhàn)略計劃，涉及新材料的內(nèi)容主要有探索支持將*下一波創(chuàng)新的未來技術(shù)，如生物材料、二維材料等；加速新型創(chuàng)新材料和復(fù)合材料的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)和回收；開發(fā)可再生能源技術(shù)，如太陽能、風(fēng)能等儲能技術(shù)。

2.4|英國

作為材料領(lǐng)域老牌優(yōu)勢國家，英國重點(diǎn)關(guān)注利用世界先進(jìn)材料技術(shù)助推可持續(xù)發(fā)展。英國在材料的發(fā)現(xiàn)和早期研究方面具有世界*的學(xué)術(shù)水平，其高校在材料科學(xué)、新材料發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，以及與工業(yè)界合作等方面有著長久優(yōu)勢，率先提出建設(shè)新材料關(guān)鍵技術(shù)集群戰(zhàn)略。

2021年7月英國發(fā)布《英國創(chuàng)新戰(zhàn)略：創(chuàng)新*未來》，將“先進(jìn)材料與制造”確定為未來助推英國經(jīng)濟(jì)的7項關(guān)鍵技術(shù)集群之一，實現(xiàn)先進(jìn)材料的批量化制造，并將安全性評估與可持續(xù)發(fā)展融入材料的設(shè)計與創(chuàng)新。

2024年4月，英國*材料科學(xué)研究創(chuàng)新機(jī)構(gòu)——亨利·羅伊斯研究所發(fā)布《國家材料戰(zhàn)略進(jìn)展報告》，能源材料、軟質(zhì)材料、生物相容材料、結(jié)構(gòu)材料、表面增強(qiáng)與防護(hù)材料、電子/電信/傳感和計算技術(shù)材料等是重點(diǎn)關(guān)注方向。同時，材料可持續(xù)與循環(huán)利用、利用數(shù)字與人工智能和大數(shù)據(jù)加速材料發(fā)現(xiàn)、關(guān)鍵礦物原材料等作為跨領(lǐng)域主題，也受到普遍關(guān)注。

2025年1月，英國正式啟動《國家材料創(chuàng)新戰(zhàn)略》，標(biāo)志著英國開啟“材料4.0”時代，旨在進(jìn)一步鞏固其全球領(lǐng)導(dǎo)地位，通過材料創(chuàng)新推動經(jīng)濟(jì)增長，解決社會面臨的諸多重大挑戰(zhàn)。該戰(zhàn)略確定了19個具體的材料創(chuàng)新機(jī)會和40多個優(yōu)先事項，提出未來10年英國將建立一體化的材料創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，推動材料科學(xué)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的全面轉(zhuǎn)型。該戰(zhàn)略聚焦的六大重點(diǎn)機(jī)遇領(lǐng)域包括：能源解決方案，未來醫(yī)療，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，*先進(jìn)表面技術(shù)，新一代電子、通信與傳感器，消費(fèi)品、包裝與特種聚合物等�！安牧�4.0”聚焦利用人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生等前沿技術(shù)，加速材料的研發(fā)、測試和制造進(jìn)程。

03、建設(shè)中國特色的“AI+材料”創(chuàng)新體系

當(dāng)前全球新材料研發(fā)已進(jìn)入“數(shù)據(jù)驅(qū)動+AI賦能”新階段，AI成為材料創(chuàng)新的核心驅(qū)動力。中國建設(shè)“AI+材料”創(chuàng)新體系具有較好的基礎(chǔ)。早在2016年，科技部啟動“材料基因工程”重點(diǎn)專項，旨在通過融合材料科學(xué)、信息技術(shù)和人工智能等，變革材料研發(fā)模式，加速新材料發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，提升中國材料產(chǎn)業(yè)競爭力。2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將人工智能發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略。《新一代人工智能發(fā)展規(guī)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(chǔ)。當(dāng)前正在實施的新材料重大專項中，“材料基因工程”也是重點(diǎn)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(guī)模位居全球第二，具有良好的算力設(shè)施保障。

2024年，中國新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過8萬億元，為AI應(yīng)用提供了豐富場景。中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺已匯聚海量材料性能數(shù)據(jù)，科研機(jī)構(gòu)已建成特種合金、高分子材料等20余個專業(yè)數(shù)據(jù)庫，高通量實驗設(shè)備年產(chǎn)生實驗數(shù)據(jù)量達(dá)EB級，部分企業(yè)已將AI用于材料研發(fā)與生產(chǎn)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(tài)電解質(zhì)研發(fā)周期縮短60%；中國航天科工集團(tuán)有限公司通過機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化高溫合金成分設(shè)計；華為技術(shù)有限公司開發(fā)材料知識圖譜輔助半導(dǎo)體材料篩選等。更為重要的是，中國擁有全球*大、*豐富的應(yīng)用場景，為材料服役數(shù)據(jù)的積累和材料智能化研發(fā)迭代創(chuàng)造了良好的條件。

建立中國特色的以場景驅(qū)動材料智能研發(fā)與升級迭代的“AI+材料”創(chuàng)新體系，是中國新材料未來能否在國際競爭中獲勝的關(guān)鍵。當(dāng)前中國“AI+材料”體系建設(shè)還存在一些亟待解決的問題。首先，數(shù)據(jù)治理體系待完善，多數(shù)企業(yè)和機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)存在格式不統(tǒng)一、元數(shù)據(jù)缺失問題，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，而且共享機(jī)制不健全，科研機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)開放率不足30%，存在“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象。其次，技術(shù)轉(zhuǎn)化鏈條存在斷點(diǎn)，多數(shù)材料AI模型停留在學(xué)術(shù)研究階段，算法研發(fā)與材料需求錯配，而且實驗驗證環(huán)節(jié)薄弱，自動化實驗設(shè)備國產(chǎn)化率不足40%。此外，中國既懂AI又懂材料的復(fù)合型人才嚴(yán)重短缺，學(xué)科交叉融合水平有待進(jìn)一步提升。

“十五五”期間，中國應(yīng)在以下方面持續(xù)發(fā)力：一是構(gòu)建和完善“數(shù)據(jù)-算法-實驗”三位一體的“AI+材料”基礎(chǔ)設(shè)施。強(qiáng)化數(shù)據(jù)中樞建設(shè)，加快建立國家材料大數(shù)據(jù)中心，制定材料數(shù)據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)；強(qiáng)化算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建立材料專用AI超算平臺，開發(fā)材料通用智能大模型；建設(shè)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(huán)研發(fā)模式，推動學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的合作，加速材料領(lǐng)域AI技術(shù)的驗證與落地。二是發(fā)展“AI+材料”生態(tài)環(huán)境，成立材料AI開源社區(qū)，共享預(yù)訓(xùn)練模型與算法工具包，建立材料AI技術(shù)成熟度評價體系，培育AI驅(qū)動的材料知識產(chǎn)權(quán)交易市場。三是加快“AI+材料”人才培養(yǎng)，如在大學(xué)設(shè)立材料智能技術(shù)交叉學(xué)科，開發(fā)材料AI訓(xùn)練數(shù)據(jù)集與虛擬仿真教學(xué)平臺，實施“*材料AI工程師”培養(yǎng)計劃等。通過以上布局，力爭在2030年形成若干國際*的材料智能研發(fā)平臺，在2035年基本建成自主可控的“AI+材料”創(chuàng)新體系。

04、面向2035的新材料研發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)任務(wù)

新一代信息技術(shù)、新能源、重大工程與高端裝備、生命健康等是中國實現(xiàn)科技強(qiáng)國、制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域，也是對新材料有重大需求的重點(diǎn)領(lǐng)域。支撐和滿足以上重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用需求，也是未來10年中國新材料發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)。

4.1|人工智能發(fā)展和數(shù)字中國建設(shè)對高性能計算與存儲、高速及大容量網(wǎng)絡(luò)通信和智能化人機(jī)交互系統(tǒng)提出更高要求，亟待發(fā)展一批新型信息材料

（1）先進(jìn)計算與存儲關(guān)鍵材料。隨著人工智能、超算、云等計算場景的快速發(fā)展，未來將會出現(xiàn)百萬級的數(shù)據(jù)中心。傳統(tǒng)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(zhì)異構(gòu)集成將不同材料體系、器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)勢性互補(bǔ)性結(jié)合，制造出全新的具有多項優(yōu)異性能的材料器件，克服單一材料或器件結(jié)構(gòu)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(chǔ)高性能部件的有效途徑。隨著集成電路工藝技術(shù)向2nm以下制程節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，計算所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)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(dǎo)體材料結(jié)合工藝變革有望擺脫硅基半導(dǎo)體的限制，成為后摩爾時代新一代芯片用關(guān)鍵材料。量子計算是計算領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)，量子計算材料體系包括超導(dǎo)材料、相關(guān)電子材料、拓?fù)淞孔硬牧稀⑾冗M(jìn)材料中的量子現(xiàn)象等。當(dāng)前，硅自旋量子比特、“魔角”石墨烯、砷化銦（InAs）量子點(diǎn)的研究都取得了新突破，量子計算材料呈現(xiàn)多路線并行格局，超導(dǎo)與硅基路線產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較快，而拓?fù)洳牧先孕杌�礎(chǔ)研究支持。

在存儲方面，受限于電容的微縮難題，傳統(tǒng)依賴于半導(dǎo)體工藝實現(xiàn)密度提升的內(nèi)存路線演進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于摩爾定律，存儲器功耗已成為主要技術(shù)瓶頸，亟需發(fā)展新型存儲技術(shù)與存儲介質(zhì)。內(nèi)存晶粒即將轉(zhuǎn)向薄膜和刻蝕工藝，以及基于氧化物半導(dǎo)體、纖鋅礦鐵電等前沿新材料的三維內(nèi)存工藝探索。以新材料、新工藝研發(fā)支撐三維內(nèi)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(nèi)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，并驅(qū)動半導(dǎo)體薄膜沉積、刻蝕、鍵合等裝備與工藝達(dá)到世界*水平。

（2）通信及網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵材料。未來10年通信網(wǎng)絡(luò)將持續(xù)探索新的場景和技術(shù)，除了業(yè)界已有共識的無線通信、光通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)持續(xù)演進(jìn)之外，各種新型的網(wǎng)絡(luò)場景也將不斷涌現(xiàn)，如下一代人機(jī)交互網(wǎng)絡(luò)、住行合一網(wǎng)絡(luò)、空天地全域立體網(wǎng)、先進(jìn)算力網(wǎng)絡(luò)、自智網(wǎng)絡(luò)等。亟需發(fā)展面向未來網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所需的新器件及新材料，包括氮化鎵等寬禁帶半導(dǎo)體材料、金剛石等超寬禁帶半導(dǎo)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(diào)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(diào)制器、高性能光放大器等是F6G光通信的核心器件。當(dāng)前，中國F5G激光器、5G調(diào)制器用大多數(shù)材料已基本實現(xiàn)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(jìn)口。面向AI數(shù)據(jù)中心建設(shè)，芯片出光及全光互連技術(shù)是系統(tǒng)性提升算力和能效的關(guān)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(fù)合材料）等新一代高電光系數(shù)的材料可使調(diào)制器實現(xiàn)微米級大小、200G以上的信號帶寬、低插損，是應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的關(guān)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(yīng)速度比現(xiàn)有用于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）或LCOS（硅基液晶顯示）的液晶材料高1000倍，是未來更大規(guī)模的集群網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所需要的關(guān)鍵微秒級電光響應(yīng)速度關(guān)鍵材料。

（3）新型顯示技術(shù)及關(guān)鍵材料。在已產(chǎn)業(yè)化的蒸鍍法OLED顯示技術(shù)方面，由于國外廠商研發(fā)起步早，已形成較強(qiáng)的專利布局和產(chǎn)業(yè)鏈分工，基礎(chǔ)專利和核心技術(shù)基本由歐洲、美國、日本、韓國壟斷。未來，隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、可穿戴設(shè)備等新一代信息技術(shù)的極速進(jìn)步，顯示應(yīng)用場景將更加豐富，顯示應(yīng)用形態(tài)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(fā)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。

4.2|為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展，亟需開發(fā)新型能源材料，建設(shè)靈活智能可控的“半導(dǎo)體電網(wǎng)”，提高能源清潔利用效率

（1）光電轉(zhuǎn)化材料。光伏產(chǎn)業(yè)是中國具有全球競爭力的產(chǎn)業(yè)。以異質(zhì)結(jié)（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(shù)逐步取代鈍化發(fā)射極背場點(diǎn)接觸（PERC）電池技術(shù)成為市場主流。中國N型單晶硅電池產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，但需要在組件和生產(chǎn)工藝上進(jìn)一步優(yōu)化和提升。薄膜太陽能電池和新型疊層太陽電池在效率、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面均展現(xiàn)出較大優(yōu)勢。進(jìn)一步提高晶硅電池轉(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)化，是中國光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)*全球的關(guān)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(tài)電解質(zhì)鋰離子電池、混合固液電解質(zhì)鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、鋰電容等領(lǐng)域處于世界*地位。在硫化物全固態(tài)、聚合物氧化物復(fù)合全固態(tài)電池、金屬鋰電池、鋰硫電池、高溫鈉硫電池等前瞻技術(shù)研發(fā)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(yōu)勢，在低溫和倍率性能方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于寒區(qū)的低速電動車、啟停電源、重卡電池和規(guī)模儲能等領(lǐng)域。未來，需要在提升能量密度、循環(huán)性和安全性等性能方面加快突破。目前，中國在納米硅碳負(fù)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(tài)電解質(zhì)、原位固態(tài)化電解質(zhì)等新型電池材料方面取得了重大突破，已處于世界*。在氫燃料電池方面，發(fā)達(dá)國家對中國固體氧化物燃料電池（SOFC）及電解技術(shù)（SOEC）進(jìn)行封鎖。中國在電池、電堆性能及衰減率等核心技術(shù)指標(biāo)與國外有一定差距，亟需加快相關(guān)核心技術(shù)攻關(guān)。

（3）可控核聚變用關(guān)鍵材料。正在法國建設(shè)的國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆（ITER）預(yù)期在2034年點(diǎn)燃等離子體，并于2039年后開始氘氚聚變放電。發(fā)達(dá)國家在參與ITER建設(shè)的同時，紛紛加快部署下一代聚變堆的設(shè)計和研發(fā)。對于2035年后聚變示范堆的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(fā)，初步達(dá)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(qū)還有一定的差距。例如，材料雜質(zhì)含量控制能力不足，易活化元素的含量較高；批量生產(chǎn)能力不足，工藝不穩(wěn)定；材料核數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，亟需盡快取得突破。

（4）風(fēng)電機(jī)組用關(guān)鍵材料。中國風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)容量位居世界首位。高耐海洋氣候和海水腐蝕的永磁直驅(qū)電機(jī)用稀土永磁材料、高性能風(fēng)電用鋼、碳纖維風(fēng)電葉片、第三代半導(dǎo)體等關(guān)鍵材料可滿足大功率風(fēng)電的應(yīng)用需求。國產(chǎn)碳纖維已經(jīng)在120m級海上風(fēng)電裝置上實現(xiàn)應(yīng)用，目前正在研發(fā)140m級超大型風(fēng)電裝置用碳纖維及復(fù)合材料。

（5）能源清潔高效利用與智能電網(wǎng)用關(guān)鍵材料。超超臨界發(fā)電技術(shù)是化石能源清潔高效利用的主流技術(shù)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(fā)階段，亟需通過材料和部件產(chǎn)業(yè)化能力提升搶占技術(shù)制高點(diǎn)。重型燃?xì)廨啓C(jī)在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排方面具有明顯的優(yōu)勢，亟待突破關(guān)鍵耐熱合金材料研發(fā)及其熱端部件制備技術(shù)。中國的智能電網(wǎng)建設(shè)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(dǎo)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(guān)鍵所在。以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體器件將成為下一代功率變換技術(shù)的核心，但仍面臨著低成本高質(zhì)量低阻大尺寸襯底材料、低缺陷密度超厚外延及摻雜濃度*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(shù)等方面的挑戰(zhàn)。

4.3|高端裝備是中國邁向制造強(qiáng)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(jié)構(gòu)材料與特種功能材料提供基礎(chǔ)支撐

（1）人形機(jī)器人關(guān)鍵材料。人形機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人相比技術(shù)難度更復(fù)雜，在智能感知、自主認(rèn)知、人機(jī)交互、自適應(yīng)柔順控制、輕量化和長續(xù)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(yīng)加快研發(fā)性能更高的軸承材料、減速器材料、電機(jī)材料等關(guān)鍵材料；另一方面，以應(yīng)用拖動支撐AI算法的環(huán)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(guān)鍵材料研發(fā)及應(yīng)用改進(jìn)升級，支撐中國在人形機(jī)器人賽道搶占制高點(diǎn)。

（2）航空航天裝備關(guān)鍵材料。重型運(yùn)載火箭、新一代長壽命衛(wèi)星和空間站、大型民用客機(jī)及其發(fā)動機(jī)等支撐航空航天強(qiáng)國建設(shè)的重大工程，對高端結(jié)構(gòu)材料提出更高要求。提升重型載人火箭運(yùn)載系數(shù)、降低衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量比、實現(xiàn)國產(chǎn)大型客機(jī)結(jié)構(gòu)減重和節(jié)油減排、提高航空發(fā)動機(jī)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(wèi)星承載結(jié)構(gòu)件、大型客機(jī)機(jī)身-機(jī)翼-起落系統(tǒng)承力結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動機(jī)葉片和渦輪盤的綜合性能。高性能碳纖維、高強(qiáng)韌鋁合金/鋁鋰合金、超高強(qiáng)度鋼、高溫合金、精密工模具鋼等關(guān)鍵材料綜合性能尚需進(jìn)一步提升，一系列新型制備工藝和應(yīng)用技術(shù)有待突破。

（3）高技術(shù)船舶與海工裝備用關(guān)鍵材料。深遠(yuǎn)海、極地用高性能海工裝備、高技術(shù)船舶及長壽命島礁平臺等，建設(shè)海洋強(qiáng)國、維護(hù)國家領(lǐng)海安全的重點(diǎn)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(yù)熱/大線能量焊接高強(qiáng)韌厚鋼板、特種用途船防撞耐疲勞結(jié)構(gòu)鋼與低溫鋼、深潛器用全海深主結(jié)構(gòu)鈦合金和超高強(qiáng)度鋼關(guān)鍵技術(shù)，高濕熱、高鹽、強(qiáng)輻射等極端海洋腐蝕環(huán)境用長壽命耐蝕鋼、耐磨蝕合金等仍屬國際*。未來，支撐中國海底礦產(chǎn)開發(fā)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�；�地建設(shè)所需裝備，將對新型海洋結(jié)構(gòu)材料和功能材料產(chǎn)生重大需求，亟需系統(tǒng)化布局研發(fā)。

（4）先進(jìn)軌道交通裝備關(guān)鍵材料。正在研發(fā)的400~500km/h的高速列車對軸承、齒輪、輪對、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、受電弓網(wǎng)、輕量化車身、大功率永磁牽引電機(jī)、牽引和輔助變流系統(tǒng)等關(guān)鍵部件提出了更為苛刻的要求。國內(nèi)外尚無成熟的結(jié)構(gòu)材料和電子材料技術(shù)供給。中國的600km/h超導(dǎo)磁浮材料與技術(shù)尚處于原理樣機(jī)研制和試驗驗證階段，與日本即將實現(xiàn)商用的超導(dǎo)電動磁浮技術(shù)存在較大差距，亟需研制高性能超導(dǎo)材料和強(qiáng)磁場磁體。

中國超寬禁帶半導(dǎo)體研發(fā)起步較晚，亟需加快布局。新型稀土功能材料是制造*制導(dǎo)武器及武器平臺的動力、制導(dǎo)、控制和探測等核心部件的關(guān)鍵材料。采用稀土晶體制備的中紅外波段激光器在星載、機(jī)載的紅外預(yù)警衛(wèi)星、大氣監(jiān)測等方面有著廣泛的應(yīng)用，中國尚需攻克大口徑、高質(zhì)量中紅外激光晶體的制備與加工技術(shù)。

4.4|面向人民生命健康和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，亟需大力發(fā)展新型生物醫(yī)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(tǒng)的植入材料已不能滿足臨床需求，組織誘導(dǎo)性生物材料可實現(xiàn)生物材料誘導(dǎo)骨、軟骨、神經(jīng)、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(dǎo)骨再生或形成；I型膠原基水凝膠可誘導(dǎo)干細(xì)胞向成軟骨系細(xì)胞分化并誘導(dǎo)軟骨再生，形成軟骨誘導(dǎo)性支架及組織工程化關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)植入體；促進(jìn)中樞神經(jīng)再生的脊髓、腦神經(jīng)修復(fù)的中樞神經(jīng)修復(fù)材料也是未來發(fā)展的重點(diǎn)。

（2）微創(chuàng)介入器械修復(fù)材料。微創(chuàng)介入修復(fù)材料及器械創(chuàng)傷小、恢復(fù)快，是高端醫(yī)療器械發(fā)展的重要方向。中國應(yīng)加快研發(fā)具有心臟組織再生修復(fù)功能的微創(chuàng)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(chuàng)介入水凝膠材料及器械，抗鈣化、抗凝血、防周漏微創(chuàng)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(fā)布生物制造發(fā)展目標(biāo)，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(chǎn)30%的化學(xué)品。全球每年塑料產(chǎn)量接近3億t，中國塑料產(chǎn)量約占全球的1/3，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織預(yù)測到2030年，25%的石化塑料將被以淀粉等天然物質(zhì)為原料生產(chǎn)的生物基塑料代替。中國目前替代率不足5%。大力發(fā)展生物基塑料、生物基尼龍、生物基橡膠的綠色制造與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，是降低對石化資源的過度依賴，實現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)的重要途徑，亟需進(jìn)行研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化布局。

05、發(fā)展建議

5.1|培育良性發(fā)展的科技創(chuàng)新生態(tài)

應(yīng)鼓勵產(chǎn)業(yè)價值導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究。領(lǐng)軍企業(yè)熟悉產(chǎn)業(yè)的需求、痛點(diǎn)以及如何系統(tǒng)性地緩解工藝受限問題，應(yīng)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(yīng)突出原創(chuàng)，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(shù)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(guān)部門設(shè)立探索式項目，鼓勵科學(xué)家特別是青年工作者大膽進(jìn)行前沿探索。建立風(fēng)險投資機(jī)制和回報機(jī)制，鼓勵民間資本投入原創(chuàng)性科研活動、共享科技成果。

5.2|建立全球科研成果快速捕獲機(jī)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*研究計劃局等組織在判斷具有產(chǎn)業(yè)價值的情況下，會大膽提前投入基礎(chǔ)研究，率先在美國培養(yǎng)發(fā)展生態(tài)，主動把科研力量帶進(jìn)新的研究領(lǐng)域，確保美國不會錯失未來*的機(jī)會。中國目前尚缺乏科研成果快速捕獲機(jī)制，對國外的動態(tài)反應(yīng)較為遲緩，在新研究遭到現(xiàn)有研究抵觸的情況下，反復(fù)論證難以抉擇，立項緩慢、支持力度小，僅能達(dá)到小幅跟隨，不足以實現(xiàn)全面*。建議有關(guān)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(jī)制，確保重要領(lǐng)域研究起步不落后于國外。

06、結(jié)束語

經(jīng)過多年的持續(xù)布局和攻關(guān)，中國新材料技術(shù)創(chuàng)新已基本進(jìn)入良性發(fā)展的“快車道”。當(dāng)前應(yīng)順應(yīng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的大潮流，抓住人工智能爆發(fā)的大機(jī)遇，加快建立中國特色的“AI+材料”創(chuàng)新體系；在重點(diǎn)領(lǐng)域精耕自作，進(jìn)一步提升支撐保障能力；在前沿技術(shù)上強(qiáng)化支持，鼓勵探索，共同推動中國新材料科技蓬勃發(fā)展、更上層樓。

作者：干勇，任家榮，謝曼

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