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新材料的全球竞争格局如何?全球顶尖新材料哪家强?
文章来源:贤集网     更新时间:2023-05-05 16:27:15
新材料是高新技术的重要组成部分,是人类赖以生存的物质基础,每种新材料的出现及应用都将伴随着现代科学技术的巨大飞跃。新材料产业被认为是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着巨大影响的产业。那么如新材料的全球竞争格局如何?全球顶尖新材料的国家有哪些?中国新材料企业又该如何发展?



新材料领域的全球竞争格局之——日本



日本是全球公认的新材料生产技术最先进的国家。日本传统的机械制造工业之所以能够长期保持全球领先水平,与日本发达的材料产业密不可分。但是由于中国等新兴国家的材料产业也在迅速发展,日本很早就开始未雨绸,加快在高端材料的实用化开发步伐。



日本在全球新材料中具有领先优势的有:精细陶瓷、碳纤维、工程塑料、非晶合金、超级钢铁材料、有机EL材料、镁合金材料。在全球碳纤维生产制造厂家中,日本拥有著名的东丽、东邦和三菱三家顶尖公司,都代表了世界最顶级技术水平。



在半导体材料领域,日本企业在全球新购半导体制造设备和生产半导体芯片的材料(高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺),市场占有率超过了30%,稳居在产业链上游。



日本半导体材料领先全球,掌控芯片制造的上游



在日本半导体的崛起和衰落史中,美国扮演了重要角色。



20世纪70年代,在半导体领域日本与美国有着近10年代差距,于是日本制定了“产、官、学”协作体系,将材料科学作为国家未来发展的重心。日本半导体材料快速崛起,威胁到了美国的地位。



于是1985年起,美国向日本发起了一场没有硝烟的战争——芯片战争,同时,还扶持韩国半导体产业与日本竞争,在这样的背景下,日本选择集中力量发展上游产业,守住了自身在半导体材料、设备领域的地位。



如今,日本是全球半导体材料的制造大国,在材料学领域,优势明显,在金属材料学、纳米材料、半导体材料等多个领域,都处于行业领先地位。由此,日本手握多行业最上游、最核心的技术与产品。



据SEMI预测,在半导体材料领域,日本企业的占比高达52%左右,行业地位十分明显。在芯片生产中,有19种必须材料,日本企业在其中14种材料中,都处于行业领先,乃至垄断地位。譬如,在氟聚酰亚胺领域,日本企业的占比高达90%,令人瞩目。



光刻胶是光刻工艺中最重要的耗材,在芯片制造过程中,有广泛的用处。在这一领域中,日本JS R、东京应化、信越化学等几大厂商,占据了大部分市场。在硅晶圆、靶材料、封装材料等领域,日本企业都表现亮眼。



新材料领域的全球竞争格局之——欧美



在新材料领域,只有两个梯队。第一梯队,成员是美国、日本,以及德国、法国等欧洲国家。这些国家的科研基础极其深厚,甚至在冷战时期就已经开始进行新材料的研究了。



新材料产业的创新主体是美国、日本和欧洲等发达国家和地区,其拥有绝大部分大型跨国公司,在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等多方面占据绝对优势。其中,美国属于全面领跑的国家,日本的优势在纳米材料、电子信息材料等领域,欧洲在结构材料、光学与光电材料等方面有明显优势。



第二梯队的成员,则是中国、俄罗斯和韩国。目前仍然处于“跟跑+追赶”的状态,尽管第二梯队在某些领域有非常领先的成果,但整体来看,不论是先进程度还是研究覆盖面都不如第一梯队的玩家。



从新材料市场来看,北美和欧洲拥有目前全球最大的新材料市场,且市场已经比较成熟,而在亚太地区,新材料市场正处在快速发展的阶段。从宏观层面看,全球新材料市场的重心正逐步向亚洲地区转移。



新材料领域的全球竞争格局之——中国



不得不承认,在先进材料领域,中国还有很大的差距。材料科学是基础学科,“弯道超车”的战术在这种情况下是走不通的。



从类型来看,已经可以很清楚地认定,一批“新材料”将在未来发挥重要作用。各个主要经济体基本上都在先进金属、半导体材料、碳纤维、石墨烯等领域进行布局。



未来的科技,就建立在这些材料的基础之上。中国科技产业如果可以在这些材料上取得进展,那么我们也就获得了更多点亮这些科技树的机会。



以锂电池材料为例,相关的材料可以分为四类:正极材料、负极材料、电解液材料和隔膜材料。更先进的材料,意味着更大的能量密度,同等重量的电池能够给车辆、设备提供更多的电力。这对于提高产品在市场上的竞争力有极其重要的意义。



锂电池的四种材料,我们都能够进行独立自主的研发和制造,但存在的问题是——国产材料总是落后一代。类似的问题,在碳纤维材料的中外对比上同样存在:相同产量下,国产材料的性能不如日本东丽的产品,相同性能下,国产材料的产量又不够。



目前,这个行业仍然是一个由欧美、日本等发达国家所掌控的行业:来自日本、美国、德国的6家企业,占了全球70%的碳纤维产能;另外有5家日本、美国企业占了全球12寸晶圆90%以上的产能;日本还有三家企业占了全球液晶背光源发光材料90%以上的产能。



中国材料产业发展速度很快,且拥有巨大的潜在市场



全球范围内都在积极发展新材料,而中国是全球新材料产业首屈一指的产业规模大国,新材料产业是中国七大战略新兴产业之一,是整个制造业转型升级的产业基础。



经过几十年奋斗,中国新材料产业从无到有,不断发展壮大,在部分先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等领域,已经实现了与国际先进水平“并跑”。



比如在关键战略材料方面,中芯国际前七大耗材中六类材料实现国产采购,液态金属在3D打印、柔性智能机器、血管机器人等领域实现初步应用等。中国的锂离子电池正负极材料、电解液均满足小型电池要求,隔膜、电解质锂盐等关键材料替代进口;超高分子量聚乙烯纤维大幅缩小与发达国家的差距。



最近几年,中国新材料产业的产值增速非常喜人,产业逐渐走向正轨,正在追赶世界最尖端的技术。而当中国材料企业的客户更多来自于半导体、航空航天等高端产业的时候,中国材料的春天就来了。



全球新材料哪国强?



正如上文所说



新材料领域,只有两个梯队,第一梯队:美国、日本、德国、英国;第二梯队:中国、俄罗斯、韩国。



1、美国



美国是全球新材料领域的重要领导者。北京大学数字中国研究院副院长曾经认为:美国在新能源、新材料和生命工程方面的技术水平远远领先于世界其他国家。



值得一提的是,美国曾经把新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大类关键技术之首。在确定的22项关键技术中,材料占了5项(即材料的合成和加工、电子和光电子材料、陶瓷、复合材料、高性能金属和合金)。美国的新材料发展特色是以国防部和航空航天局的大型研究与发展计划为龙头,主要以国防采购合同形式来推动和确保高校、科研机构和企业的新材料研究与发展工作。



美国拥有全球众多新材料巨头:比如埃克森美孚(ExxonMobil)、陶氏化学(DowChemical)、杜邦公司(DuPont)、3M公司(3M)、美铝公司(Alcoa)、美国钢铁公司(UnitedStates Steel)、PPG 工业公司(PPG Industries)、空气化工产品公司(AirProducts & Chemicals)、伊士曼化学公司(Eastman Chemical)、康宁公司(Corning)等公司。



2、日本



日本是新材料生产技术先进的国家,日本十分重视新材料技术的发展,把开发新材料列为国家高新技术的第二大目标,因此,日本材料企业在全球新材料产业界形成“一枝独秀”局面。



日本机械制造工业长期保持全球先进水平与其发达的材料产业密不可分。比如日本的新材料产业凭借其超前的研发优势、先进的研发成果、实用化开发力度,在环境及新能源材料世界市场占据绝对的领先地位。



日本新材料巨头:比如享誉世界的京瓷株式会社;三井化学株式会社(Mitsui Chemicals)等。



在新材料领域,日本远远领先于其他国家。如制造飞机骨架使用的高强度碳纤维材料,全球高性能主动相控阵雷达使用的宽禁带半导体收发组件材料,制造新式涡轮发动机涡轮叶片使用的高性能单晶叶片,在这三种高精尖材料领域,日本遥遥领先,其他国家只能望其项背。



3、德国



德国新材料产业受到全世界的公认好评。德国为鼓励各种社会力量参与新材料研发,先后颁布实行了“材料研究MatFo”(1984-1993年)、“材料技术MaTech”(截至2003年)和“为工业和社会而进行材料创新WING”(始于2004年)3个规划。“WING规划”强调,密切关注材料的可制造性,致力于协调各部门间的高水平材料研究。



4、英国



英国是全球传统的新材料强国之一。英国亨利·罗伊斯研究所(Henry Royce Institute)由九个先进材料研究机构组成,并与剑桥大学物理研究所和制造业研究所一起确定了五个绿色技术“路线图”,描述了关键材料领域如何减少温室气体排放。具体包括:



光伏系统的材料,它将增加太阳能电池板产生的电量。



用于产生氢气和化学原料的低碳方法的材料。



热电能量转换材料,主要用于加热,制冷和空调系统。



热量转换材料,可消除在加热和制冷系统中碳的使用。



低损耗电子设备的材料,可使电子设备和计算更节能。



研究人员还提出了一系列建议,包括呼吁增加对材料研究和测试设施的投资,制定新法律以确保采用新的绿色技术,以及将可持续发展作为任何新的先进材料的核心。



5、中国



中国是全球首屈一指的新材料产业大国,产业规模大约2万亿元。中国在金属材料、纺织材料、化工材料等传统领域基础较好,稀土功能材料、先进储能材料、光伏材料、有机硅、超硬材料、特种不锈钢、玻璃纤维及其复合材料等产能居世界前列。经过几十年奋斗,中国新材料产业从无到有,不断发展壮大,在体系建设、产业规模、技术进步等方面取得明显成就,为国民经济和国防建设做出了重大贡献,具备了良好发展基础,预计到2025年中国新材料产值有望突破10万亿元。



中国在部分先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等领域,已经实现了与国际先进水平“并跑”甚至“领跑”。



中国的石墨烯技术处于世界领先水平。2017世界石墨烯创新大会在中国常州举行,这标志中国石墨烯技术已经开始走在世界前列。石墨烯技术已被世界许多国家列为优先发展的材料技术,虽然中国接触石墨烯技术只有短短几年时间,但发展势头很猛,且中国拥有巨大的潜在市场。



中国拥有全球最完备的液体金属全产业链,从原材料到制成,从专利到工艺,我国可大规模生产锆基非晶合金,尤其在块状成型工艺技术里,我国已掌握液态金属核心技术。



6、俄罗斯



俄罗斯是传统的制造业强国,尤其在新材料等新兴产业科技创新方面具有独特优势。值得一提的是,俄罗斯在航天航空、能源材料、化工新材料等领域处于全球领先地位。据了解,俄罗斯国家科学技术大学的材料科学家曾经研制出一种氰化铪陶瓷,理论上能承受4200摄氏度高温。在此之前,世界上公认的最耐高温、最难熔化的人造物质是钽铪碳化物。另外,俄罗斯采用SHS法(自蔓燃技术)合成的化合物已多达700种,位居世界领先地位。



7、韩国



韩国是新材料世界级强国之一。2020年10月,三星先进技术研究院Eunjoo Jang团队曾经报道了一种量产率为100%的无镉蓝光ZnTeSe / ZnSe / ZnS量子点的合成。所得的器件显示出高达20.2%的EQE,亮度为88900 cd m-2,在100 cd m-2时T50 = 15850 h,这是迄今为止全球蓝光QD-LED报道的最高值。



韩国早在2001年就成为世界上第5个材料出口国,并且推出“Fast-Follower”战略,希望跻身四强。韩国企业在“Fast-Follower”战略推动下,逐渐赶超了原材料行业发达国家的企业。韩国在2001年成为世界上第5个材料出口国/地区,当年材料行业占韩国出口总额的45%以上,到了2015年达到68%。



中国材料企业如何突破



正如知己知彼才能百战不殆,在国家的发展过程中了解其他国家的动态和最新技术也相当重要。



材料科学的技术突破的确没有“弯道”可以“超车”,但材料企业在经营策略上却可能会遇到很多“弯道超车”的机会。中国材料企业目前处于追赶的地位,技术上的优势并不明显,在高端市场上显得有些竞争无力。



今天,世界上的三大碳纤维生产商是日本的东丽、帝人、三菱,三家厂商生产的碳纤维占了全球50%的比重。但在碳纤维产业刚刚起步的时候,玩家反而是来自欧美的大型跨国企业。



日本碳纤维厂商的切入角度是看上去平平无奇的体育休闲用品——东丽碳纤维最早的用途是在钓鱼竿、高尔夫球棍上。一根鱼竿、一根球棒所需要的碳纤维数量并不多,但这些产品的产量常常数以十万计,总体的需求量非常可观。



在市场尚未成熟的时候,生存可能才是第一要务。日本企业在消费品市场上赚到了维持企业生存的资本,静静地等待时机。随着技术越来越先进、市场越来越成熟,日本企业开始挺进航空航天市场——1990年,东丽的产品成为了波音777型客机尾翼的一次材料,终于切入了高端领域。此时,距离东丽制造碳纤维产品已经过去了20年。



大国重器、军国利器,当然需要最尖端的材料。但对市场上绝大多数企业而言,仅仅服务于“大国重器”并不能保证企业的生存。在市场上,注定只有少数企业才能成为“大国重器”的供应商。



对处于追赶地位的中国企业来说,技术和市场都要追赶。如果短时间内追不上技术,那么就需要在市场上获得足够的进步,哪怕只是低端的市场。



因此,中国材料产业的突破点其实并不在材料产业本身,而在材料企业的下游——生产高端产品的下游企业,给企业提供高端产品的需求,推动技术发展;生产低端产品的下游企业,给企业带来简单持续的利润,带来存活下去的资本。



中国材料产业最需要解决的问题其实并不是某个技术难题,而是“产学研”三者之间的松散联系。



从技术研发上来看,从2016年开始,中国新材料的专利就已经超越美国和欧洲了,仅次于日本。但直到现在,中国材料企业的市场地位仍然不强——虽然我们手中掌握了大量的专利,虽然世界顶级学术期刊里的材料学论文有一多半都是中国人写的,但我们很难将实验室、学校里的研究结果转化成为产品。



甚至更糟的是——不少科研人员以“论文”为导向,什么热门就研究什么,成为了无情的论文生产机器,但而一线生产中所需要的工艺、技术突破,由于不属于热点课题,往往连校招生都招不到。



下游产业对上游产业的拉动作用我们都知道,但很少有产业像材料行业这么需要下游的支持。好在,我们一直在追赶世界最尖端的技术,现在也终于意识到了这些关键技术国产替代的重要性。



表 2030年我国对部分新材料的需求体量与目前自主供应能力缺口巨大



有需求,才能有发展。最近几年,中国新材料产业的产值增速非常喜人——达到了每年平均21.2%。中国新材料产业的产值,占了全球产值的近四分之一,这都是中国材料产业逐渐走向正轨的标志。



基础不牢,地动山摇,中国科技产业能不能在如今这个风雨交加的时期挺住,就看中国的新材料了。今天,中国已经达到世界一流水准的材料主要还是各种钢铁和建筑材料——船用钢、机械装备用钢、工程建筑材料......而这些材料的背后,无一不是中国已经做大做强的企业。



作为一个仍然处于发展阶段的国家,我们不能总是寄希望于弯道超车。因为很多领域是根本不存在弯道的。努力然后等待,才是唯一的出路。不要问中国材料什么时候可以做大做强。



原文链接:https://www.xianjichina.com/special/detail_526157.html
来源:贤集网
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。新材料是高新技术的重要组成部分,是人类赖以生存的物质基础,每种新材料的出现及应用都将伴随着现代科学技术的巨大飞跃。新材料产业被认为是21世纪最具发展潜力并对未来发展有着巨大影响的产业。那么如新材料的全球竞争格局如何?全球顶尖新材料的国家有哪些?中国新材料企业又该如何发展?



新材料领域的全球竞争格局之——日本



日本是全球公认的新材料生产技术最先进的国家。日本传统的机械制造工业之所以能够长期保持全球领先水平,与日本发达的材料产业密不可分。但是由于中国等新兴国家的材料产业也在迅速发展,日本很早就开始未雨绸,加快在高端材料的实用化开发步伐。



日本在全球新材料中具有领先优势的有:精细陶瓷、碳纤维、工程塑料、非晶合金、超级钢铁材料、有机EL材料、镁合金材料。在全球碳纤维生产制造厂家中,日本拥有著名的东丽、东邦和三菱三家顶尖公司,都代表了世界最顶级技术水平。



在半导体材料领域,日本企业在全球新购半导体制造设备和生产半导体芯片的材料(高纯度氟化氢、光刻胶和氟化聚酰胺),市场占有率超过了30%,稳居在产业链上游。



日本半导体材料领先全球,掌控芯片制造的上游



在日本半导体的崛起和衰落史中,美国扮演了重要角色。



20世纪70年代,在半导体领域日本与美国有着近10年代差距,于是日本制定了“产、官、学”协作体系,将材料科学作为国家未来发展的重心。日本半导体材料快速崛起,威胁到了美国的地位。



于是1985年起,美国向日本发起了一场没有硝烟的战争——芯片战争,同时,还扶持韩国半导体产业与日本竞争,在这样的背景下,日本选择集中力量发展上游产业,守住了自身在半导体材料、设备领域的地位。



如今,日本是全球半导体材料的制造大国,在材料学领域,优势明显,在金属材料学、纳米材料、半导体材料等多个领域,都处于行业领先地位。由此,日本手握多行业最上游、最核心的技术与产品。



据SEMI预测,在半导体材料领域,日本企业的占比高达52%左右,行业地位十分明显。在芯片生产中,有19种必须材料,日本企业在其中14种材料中,都处于行业领先,乃至垄断地位。譬如,在氟聚酰亚胺领域,日本企业的占比高达90%,令人瞩目。



光刻胶是光刻工艺中最重要的耗材,在芯片制造过程中,有广泛的用处。在这一领域中,日本JS R、东京应化、信越化学等几大厂商,占据了大部分市场。在硅晶圆、靶材料、封装材料等领域,日本企业都表现亮眼。



新材料领域的全球竞争格局之——欧美



在新材料领域,只有两个梯队。第一梯队,成员是美国、日本,以及德国、法国等欧洲国家。这些国家的科研基础极其深厚,甚至在冷战时期就已经开始进行新材料的研究了。



新材料产业的创新主体是美国、日本和欧洲等发达国家和地区,其拥有绝大部分大型跨国公司,在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等多方面占据绝对优势。其中,美国属于全面领跑的国家,日本的优势在纳米材料、电子信息材料等领域,欧洲在结构材料、光学与光电材料等方面有明显优势。



第二梯队的成员,则是中国、俄罗斯和韩国。目前仍然处于“跟跑+追赶”的状态,尽管第二梯队在某些领域有非常领先的成果,但整体来看,不论是先进程度还是研究覆盖面都不如第一梯队的玩家。



从新材料市场来看,北美和欧洲拥有目前全球最大的新材料市场,且市场已经比较成熟,而在亚太地区,新材料市场正处在快速发展的阶段。从宏观层面看,全球新材料市场的重心正逐步向亚洲地区转移。



新材料领域的全球竞争格局之——中国



不得不承认,在先进材料领域,中国还有很大的差距。材料科学是基础学科,“弯道超车”的战术在这种情况下是走不通的。



从类型来看,已经可以很清楚地认定,一批“新材料”将在未来发挥重要作用。各个主要经济体基本上都在先进金属、半导体材料、碳纤维、石墨烯等领域进行布局。



未来的科技,就建立在这些材料的基础之上。中国科技产业如果可以在这些材料上取得进展,那么我们也就获得了更多点亮这些科技树的机会。



以锂电池材料为例,相关的材料可以分为四类:正极材料、负极材料、电解液材料和隔膜材料。更先进的材料,意味着更大的能量密度,同等重量的电池能够给车辆、设备提供更多的电力。这对于提高产品在市场上的竞争力有极其重要的意义。



锂电池的四种材料,我们都能够进行独立自主的研发和制造,但存在的问题是——国产材料总是落后一代。类似的问题,在碳纤维材料的中外对比上同样存在:相同产量下,国产材料的性能不如日本东丽的产品,相同性能下,国产材料的产量又不够。



目前,这个行业仍然是一个由欧美、日本等发达国家所掌控的行业:来自日本、美国、德国的6家企业,占了全球70%的碳纤维产能;另外有5家日本、美国企业占了全球12寸晶圆90%以上的产能;日本还有三家企业占了全球液晶背光源发光材料90%以上的产能。



中国材料产业发展速度很快,且拥有巨大的潜在市场



全球范围内都在积极发展新材料,而中国是全球新材料产业首屈一指的产业规模大国,新材料产业是中国七大战略新兴产业之一,是整个制造业转型升级的产业基础。



经过几十年奋斗,中国新材料产业从无到有,不断发展壮大,在部分先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料等领域,已经实现了与国际先进水平“并跑”。



比如在关键战略材料方面,中芯国际前七大耗材中六类材料实现国产采购,液态金属在3D打印、柔性智能机器、血管机器人等领域实现初步应用等。中国的锂离子电池正负极材料、电解液均满足小型电池要求,隔膜、电解质锂盐等关键材料替代进口;超高分子量聚乙烯纤维大幅缩小与发达国家的差距。



最近几年,中国新材料产业的产值增速非常喜人,产业逐渐走向正轨,正在追赶世界最尖端的技术。而当中国材料企业的客户更多来自于半导体、航空航天等高端产业的时候,中国材料的春天就来了。



全球新材料哪国强?



正如上文所说



新材料领域,只有两个梯队,第一梯队:美国、日本、德国、英国;第二梯队:中国、俄罗斯、韩国。



1、美国



美国是全球新材料领域的重要领导者。北京大学数字中国研究院副院长曾经认为:美国在新能源、新材料和生命工程方面的技术水平远远领先于世界其他国家。



值得一提的是,美国曾经把新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大类关键技术之首。在确定的22项关键技术中,材料占了5项(即材料的合成和加工、电子和光电子材料、陶瓷、复合材料、高性能金属和合金)。美国的新材料发展特色是以国防部和航空航天局的大型研究与发展计划为龙头,主要以国防采购合同形式来推动和确保高校、科研机构和企业的新材料研究与发展工作。



美国拥有全球众多新材料巨头:比如埃克森美孚(ExxonMobil)、陶氏化学(DowChemical)、杜邦公司(DuPont)、3M公司(3M)、美铝公司(Alcoa)、美国钢铁公司(UnitedStates Steel)、PPG 工业公司(PPG Industries)、空气化工产品公司(AirProducts & Chemicals)、伊士曼化学公司(Eastman Chemical)、康宁公司(Corning)等公司。



2、日本



日本是新材料生产技术先进的国家,日本十分重视新材料技术的发展,把开发新材料列为国家高新技术的第二大目标,因此,日本材料企业在全球新材料产业界形成“一枝独秀”局面。



日本机械制造工业长期保持全球先进水平与其发达的材料产业密不可分。比如日本的新材料产业凭借其超前的研发优势、先进的研发成果、实用化开发力度,在环境及新能源材料世界市场占据绝对的领先地位。



日本新材料巨头:比如享誉世界的京瓷株式会社;三井化学株式会社(Mitsui Chemicals)等。



在新材料领域,日本远远领先于其他国家。如制造飞机骨架使用的高强度碳纤维材料,全球高性能主动
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