面向新興和未來產業的16大重點新材料
來源：高新院 achie.org 日期：2024-12-03 點擊：次
全球科技和產業競爭格局加速重塑，前瞻預判前沿技術和顛覆性技術，謀劃布局新興產業和未來產業發展成為打造國家競爭新優勢的關鍵。“十四五規劃綱要”中明確提出，在類腦智能、量子信息、基因技術、未來網絡、“深海空天”開發、氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域，組織實施未來產業孵化與加速計劃，謀劃布局一批未來產業。此外，我國正在部署和推進“央企產業煥新行動”“未來產業啟航行動”，聚焦新一代移動通信、人工智能、生物技術、新材料等15個重點產業領域方向，推動中央企業加快布局和發展新興產業與未來產業
我國集成電路關鍵材料產業的發展重點是填補國內產業空白，需加大力量補短板，保障集成電路制造產業供應鏈的安全和穩定。重點布局覆蓋130~90 nm、90~28 nm技術節點的先進邏輯產品、先進存儲器用晶圓制造成套工藝和先進封裝成套工藝的各類關鍵材料開發，包括193 nm浸沒式光刻膠及其配套抗反射材料和特種試劑、高階邏輯工藝和先進存儲用前驅體系列產品、高階工藝用拋光液和拋光墊、特種合金靶材及先進封裝用多種材料。
大力提升規模化產業技術水平，提高產品品種覆蓋率，加強產品品質、服務、配套保障能力建設，提升產業綜合競爭力，提高產品市場占有率；部署開發20~14 nm、14~7 nm及其以下技術代邏輯產品和先進存儲器需求關鍵產品，為產品進入高端市場奠定基礎。加緊布局超越“摩爾定律”相關領域，推動碳基集成電路特色工藝材料開發。在集成電路關鍵材料領域建設技術先進、安全可靠的產業體系，發揮對集成電路產業的支撐作用。
通信技術的發展對新型微波濾波器件提出了高頻寬帶化、超低功耗的技術要求，對微小型濾波器件的結構與寬頻設計原理、超低功耗實現方法和器件加工與測試技術等提出了新的挑戰，需要發展新型微波介質濾波器件的高頻低功耗設計原理、集成制造與糾偏微調技術及器件測試與評價方法。
集中力量開展具有優良介電性能，適合新一代無源集成組件應用的低、中、高介電常數低溫共燒陶瓷介質材料開發；解決器件集成中異質材料工藝匹配、外場下的穩定性等關鍵共性問題，獲得材料結構—工藝—電性能—服役特性優化的途徑，推動低成本、高性能的無源集成器件用介質材料制備；針對新一代無線通信、可穿戴電子系統應用，探索基于自主介質材料的新型無源器件的設計、制備和集成技術。采用材料基礎研究與應用開發相結合的方式，堅持材料—器件—工藝一體化研究路線，鼓勵科研單位與生產企業密切合作，開展協同創新研究工作。
綠色發展、用能成本等問題已成為經濟社會發展的核心議題，能源戰略與各領域、各行業、各環節及各市場主體聯系密切。圍繞不同的能源轉化、存儲方式和原理，先進能源材料需重點發展燃料電池材料、熱電材料、超級電容器材料、固體鋰電材料、生物質能材料、光電材料和納米能源材料等方向。
加速推進氫燃料電池新材料與部件的產業化，進一步推進銻化鉍熱電材料體系的產業化進程，研制綜合性能優異的正 / 負極材料、功能性電解液及隔膜等超級電容器關鍵材料，突破固態電池材料在電導率、成本、批量生產等方面的問題，加快推進生物質液體燃料清潔制備與高值化利用技術產業化，解決新型光伏材料批量化生產過程中造成的轉換效率下降問題，實現納米發電機在人機交互、智能醫療和仿生智能器件等重要領域中的應用。
以提高顯示核心材料的國產化率，探索新型器件結構，培育新材料、信息系統龍頭企業，實現“換道超車”、引領行業發展為目標，攻克一批提升顯示性能的關鍵材料與技術。
具體包括：發展有機發光二極管 / 量子點發光二極管（OLED/QLED）印刷顯示材料與器件、激光顯示材料與器件、微發光二極管（MicroLED）顯示材料與器件、光場顯示材料與技術；攻克一批便攜式移動顯示難題，如低功耗、驅動技術，下一代移動通信技術，人工智能系統集合技術；攻克一批大尺寸制造問題，研究柔性制造技術；以新一代高視覺維度的光場顯示需求為牽引，以材料、器件、模組、算法、整機全鏈條總體協調和同步開發為研究發展思路，推進全產業創新；通過開展科學技術研究，突破納米發光二極管（NanoLED）顯示核心材料與關鍵技術，形成先發優勢，搶占未來顯示技術與產業制高點。
隨著生物醫用材料的飛速發展，我國一些高端生物材料及醫療器械產品不斷涌現。我國以醫用羥基磷灰石陶瓷材料為代表的系列骨誘導人工骨，羥基磷灰石涂層及具有骨腫瘤與骨質疏松治療功能的羥基磷灰石納米材料，用于先天性心臟病和冠心病治療的生物可吸收材料及器械，基于重組人源化膠原蛋白的心血管系統修復，骨科、牙科、皮膚科、婦產科等材料及器械產品，增材制造材料及產品等的研發，位列國際發展前沿。全面推進相關材料的研發及生產，開發系列化醫用產品，建立完整的監管體系，開展臨床應用技術研發及臨床應用推廣，保持我國原始創新產品的技術領先優勢及發展國際市場，搶占國際標準制高點，推動產品走向國際是面向未來發展的關鍵。
生物基材料作為新興產業的重要組成部分獲得了廣泛關注。目前，在生物基材料領域，我國在原料、核心技術和產業發展等方面仍面臨諸多挑戰，與其他先進國家相比仍處于“跟跑”階段。
生物材料產業面臨基礎關鍵技術和產業競爭力略顯不足、關鍵或重要產品的產業化程度不足、市場認可度偏低等挑戰。未來的發展重點是實現以淀粉糖等為原料的基礎化工產品的生物法生產與應用，推動生物基聚酯、生物基聚氨酯、生物基聚酯酰胺、生物尼龍、生物基環氧樹脂、生物橡膠、生物基 / 質聚合物、生物基介電儲能材料、生物基材料助劑等生物基材料產業的鏈條化、集聚化、規模化發展。
以國家重大需求為導向，以攻克關鍵核心技術、獲取自主知識產權和工程應用為目標，解決材料設計與結構調控的重大科學問題，突破結構與復合材料制備與應用瓶頸技術，實現先進結構與復合材料技術自主發展。
發展基于跨尺度多維度結構調控的新型結構材料、高性能高分子及其復合材料、高溫耐蝕結構材料、輕質高強新材料、結構陶瓷及其復合材料、重大工程結構材料、增材制造材料并取得重大技術突破，材料微結構調控、超強韌化、極限化制備與服役等一批共性瓶頸技術達到世界先進水平；形成具有國際一流水平的先進結構與復合材料主干新材料研發和產業體系，結構與復合材料創新能力進入國際前列；重大裝備用的高端結構與復合材料能夠自主保障，戰略必爭領域關鍵核心結構材料實現自主可控。
緊密圍繞國家戰略需求，結合未來智能機器人、智慧城市、深空 / 深海開發、大數據和人機交互等應用場景，重點開展工程化及產業化關鍵技術研究，著力突破稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土催化材料、稀土晶體材料、高純稀土金屬及靶材等先進稀土功能材料的核心制備技術、智能生產裝備、專用檢測儀器及其應用技術；
通過全產業鏈同步創新，推動先進成果的推廣實施，保障戰略性新興產業、智能制造等對關鍵材料的需求，最終實現高端應用稀土功能材料的自主供給；開展前沿基礎理論和實驗研究，通過科學問題的深入探究和積累，提出更多原創理論和原創發現，獲得一批稀土新材料和新應用原創性成果；實現我國從稀土大國向稀土強國的戰略性轉變，引領未來稀土科技和產業發展。
超導技術是21世紀具有戰略意義的高新技術，在能源、醫療、交通、科學研究等領域都有重要的應用價值和應用前景。通過“產學研用”聯合攻關，實現我國低溫超導材料產業的升級換代，突破高溫超導材料批量化制備關鍵技術，開發出面向電力、能源、醫療的超導電工裝備，實現超導材料、超導強電和超導弱電產品的協同發展和規模化應用，總體達到國際先進水平，打造并形成基于超導材料及其應用技術的戰略性新興產業。
原子制造技術是以原子水平的量子物理為基礎、以原子級功能基元為核心，在物質極限層次開展的材料與器件的制造技術，將在邏輯、存儲、傳感、超導、催化、儲能及光電等領域催生重大應用，顯著促進多學科交叉融合和技術發展。未來將重點發展原子基元設計及其材料器件制造、分子基元設計及其微系統組裝制造、基元系統及大規模器件制造、原子量子態精確控制及其器件制造、原子制造的前沿新理論與新概念。
硅基集成光電子器件 / 模塊的重要研究方向為：搭建硅與先進光電材料的混合集成工藝平臺，充分發揮集成電路工藝的超大規模、超高精度制造特性，結合各類材料的光電特性優勢，實現高性能混合光電集成芯片制備技術突破。
碳納米管載流子遷移率高，可應用于射頻器件的制造，提高射頻器件的截止頻率和最大振蕩頻率，有望應用于空間通信、高速無線電鏈路、車輛雷達和芯片間通信應用領域的耦合納米振蕩器。
碳納米管耐彎曲的特性使其可應用于柔性、透明電子設備的制造，推動顯示設備性能提升。隨著技術的進步，碳基半導體的應用場景將日益多元化，未來碳納米管材料在微納電子領域應用還需聚焦碳納米管制備、器件穩定性、性能與集成度兼顧等問題，建立納電子器件用碳納米管材料標準、表征方法、工藝流程。
我國的超寬禁帶半導體材料正處于前沿研究階段，高品質、大尺寸襯底材料的制備是近期技術突破的重點；基于高品質襯底生長的外延材料將成為器件制備的基礎，攻克器件制備工藝的技術難點將為超寬禁帶半導體的廣泛應用提供可能。超寬禁帶半導體材料禁帶寬度大、單晶制備難度高、高效摻雜難度大、器件接觸性能調控難度高等一系列難題成為超寬禁帶半導體應用的阻力，為超寬禁帶半導體的發展帶來了重大的挑戰。
今后還需重點發展高品質、大尺寸襯底材料制備能力，開發具有自主知識產權、穩定高效的單晶生長和加工技術，形成單晶生長、缺陷控制、襯底加工技術等超寬禁帶材料專利池，儲備相關技術人才，突破大尺寸、高性能單晶襯底產業化技術。
典型的超材料如左手材料、“隱身斗篷”、完美透鏡等，已在光學、通信等領域獲得應用；多種電磁超材料、力學超材料、聲學超材料、熱學超材料及基于超材料與常規材料融合的新型材料相繼出現，形成了新材料的重要增長點。
面向未來產業發展，還應提前布局光學超透鏡技術、超材料電磁隱身技術、超材料天線技術及超材料全光開關技術，推動超材料減震技術研究及其在精密機械和重大工程中的應用，研發用于聲吶、噪聲抑制及聲學信息技術方面的新型超材料，用于熱能利用及轉換、熱管理等領域的新型超材料。
液態金屬的應用基礎研究已發展成為當前備受國際廣泛關注的重大科技前沿和熱點，為眾多行業帶來了顛覆性解決方案和實現手段，為能源、熱控、電子信息、先進制造、柔性智能機器人以及生物醫療健康等領域技術的發展帶來變革。
未來，該領域還需重點發展液態金屬電子漿料、液態金屬熱界面材料、液態金屬相變材料、液態金屬導電膠、液態金屬磁流體、液態金屬低溫焊料等功能材料；研發液態金屬腫瘤血管栓塞制劑及治療技術、液態金屬神經連接與修復技術、液態金屬高分辨血管造影術、液態金屬內外骨骼技術與注射電子學、液態金屬皮膚電子技術、堿金屬流體腫瘤消融治療技術等前沿醫療技術，以及系列創新醫療器械產品。
高熵合金打破了傳統合金以混合焓為主的設計理念，為新材料的研發打開了一個廣闊的成分設計空間。高熵合金可在航空、航天等多個關鍵領域得到應用，開發并推廣具有自主知識產權的高熵合金新材料具有重大戰略意義。高熵合金發展的重點包括輕質高熵合金、耐高溫難熔高熵合金、耐腐蝕高熵合金、耐輻照高熵合金、生物醫用高熵合金、共晶高熵合金、耐磨高熵合金、儲氫高熵合金、催化高熵合金、軟磁高熵合金等。
面向未來應用場景和具有潛力的重點應用方向，開展實際應用驗證；針對航空、航天等極端環境條件下服役需求，研制特種高性能高熵合金；開發用于寬溫域工況條件下的綜合性能優異的新型裝備高熵合金結構材料，實現高熵合金國際戰略引領。
