新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新主體是美國、日本和歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，其擁有絕大部分大型跨國公司，在經(jīng)濟實力、核心技術(shù)、研發(fā)能力、市場占有率等多方面占據(jù)絕對優(yōu)勢。其中，美國屬于全面領(lǐng)跑的國家，日本的優(yōu)勢在納米材料、電子信息材料等領(lǐng)域，歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學與光電材料等方面有明顯優(yōu)勢。中國、韓國、俄羅斯緊隨其后，目前屬于全球第二梯隊。中國在半導體照明、稀土永磁材料、人工晶體材料，韓國在顯示材料、存儲材料，俄羅斯在航空航天材料等方面具有比較優(yōu)勢。從新材料市場來看，北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場，且市場已經(jīng)比較成熟，而在亞太地區(qū)，新材料市場正處在快速發(fā)展的階段。從宏觀層面看，全球新材料市場的重心正逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移。

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  01 美 國

  　　 美國是全球新材料領(lǐng)域的重要領(lǐng)導者。北京大學數(shù)字中國研究院副院長曾經(jīng)認為：美國在新能源、新材料和生命工程方面的技術(shù)水平遠遠領(lǐng)先于世界其他國家。值得一提的是，美國曾經(jīng)把新材料列為影響經(jīng)濟繁榮和國家安全的六大類關(guān)鍵技術(shù)之首。在確定的22項關(guān)鍵技術(shù)中，材料占了5項（即材料的合成和加工、電子和光電子材料、陶瓷、復合材料、高性能金屬和合金）。美國的新材料發(fā)展特色是以國防部和航空航天局的大型研究與發(fā)展計劃為龍頭，主要以國防采購合同形式來推動和確保高校、科研機構(gòu)和企業(yè)的新材料研究與發(fā)展工作。

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  02 日 本

  　　 日本是新材料生產(chǎn)技術(shù)最先進的國家，日本政府十分重視新材料技術(shù)的發(fā)展，把開發(fā)新材料列為國家高新技術(shù)的第二大目標，因此，日本材料企業(yè)在全球新材料產(chǎn)業(yè)界形成“一枝獨秀”領(lǐng)先局面。

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  03 德 國

  　　 德國新材料產(chǎn)業(yè)受到全世界的公認好評。2012年6月，德國啟動實施了《納米材料安全性》長期研究項目，以了解各類納米材料可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，通過定量化方法對納米材料進行安全性風險評估。2012年11月，德國啟動“原材料經(jīng)濟戰(zhàn)略”科研項目，目的是開發(fā)能夠高效利用并回收原材料的特殊工藝，加強稀土、銦、鎵、鉑族金屬等的回收利用。

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  04 英 國

  　　 英國是全球傳統(tǒng)的新材料強國之一。英國亨利·羅伊斯研究所(Henry Royce Institute)由九個先進材料研究機構(gòu)組成，并與劍橋大學物理研究所和制造業(yè)研究所一起確定了五個綠色技術(shù)“路線圖”，描述了關(guān)鍵材料領(lǐng)域如何減少溫室氣體排放。

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  05 中 國

  　　 中國是全球首屈一指的新材料產(chǎn)業(yè)大國，產(chǎn)業(yè)規(guī)模大約2萬億元。中國在金屬材料、紡織材料、化工材料等傳統(tǒng)領(lǐng)域基礎(chǔ)較好，稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等產(chǎn)能居世界前列。經(jīng)過幾十年奮斗，中國新材料產(chǎn)業(yè)從無到有，不斷發(fā)展壯大，在體系建設、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進步等方面取得明顯成就，為國民經(jīng)濟和國防建設做出了重大貢獻，具備了良好發(fā)展基礎(chǔ)，預計到2025年中國新材料產(chǎn)值有望突破10萬億元。

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  06 俄羅斯

  　　 俄羅斯是傳統(tǒng)的制造業(yè)強國，尤其在新材料等新興產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新方面具有獨特優(yōu)勢。值得一提的是，俄羅斯在航天航空、能源材料、化工新材料等領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位。據(jù)了解，俄羅斯國家科學技術(shù)大學的材料科學家曾經(jīng)研制出一種氰化鉿陶瓷，理論上能承受4200攝氏度高溫。

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  07 韓 國

  　　 韓國是新材料世界級強國之一。2020年10月，三星先進技術(shù)研究院Eunjoo Jang團隊曾經(jīng)報道了一種量產(chǎn)率為100%的無鎘藍光ZnTeSe / ZnSe / ZnS量子點的合成。所得的器件顯示出高達20.2％的EQE，亮度為88900 cd m-2，在100 cd m-2時T50 = 15850 h，這是迄今為止全球藍光QD-LED報道的最高值。

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  俄羅斯 Russia 磁超導材料有突破 硅納米技術(shù)在爬坡

  　　 磁性超導材料指含有磁性離子的超導材料，可用于加速大型強子對撞機中的粒子，建造磁懸浮交通工具等。目前開發(fā)和批量生產(chǎn)磁性超導體的主要問題是，要使用復雜且昂貴的冷卻設備。俄羅斯量子中心科研人員首次在室溫下獲得了磁性超導材料，借助該技術(shù)，未來可創(chuàng)建不需要復雜、昂貴冷卻裝置的量子計算機。相關(guān)實驗是在釔鐵石榴石單晶膜上進行的，該物質(zhì)在某些溫度下具有自發(fā)磁化作用。

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  英國 The UK 仿生技術(shù)可驅(qū)動 充氣設備能止痛

  　　 英國劍橋大學的研究人員模仿自然界中最堅固的材料之一--蜘蛛絲的特性，創(chuàng)造了一種基于植物的、可持續(xù)的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當今使用的許多普通塑料一樣堅固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時，該材料無須工業(yè)堆肥設備就可在大多數(shù)自然環(huán)境中安全降解，也可實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

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  美國 The US 氫化硼烯顯身手 量子研究新出口

  　　 在新材料領(lǐng)域，美國科學家發(fā)揮自己的奇思妙想，獲得了多項突破。2004年“新材料之王”石墨烯問世，人們自此開始不斷地去嘗試設計新型二維材料，硼烯被認為比石墨烯更強、更輕、更柔韌，或?qū)⒊蔀槔^石墨烯之后又一種“神奇納米材料”。

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  日本 Japan 電池變得更長壽 儲氫合金顯威力

  　　 日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)試制“金剛石電池”，也稱“貝塔伏特電池”，是利用放射性物質(zhì)制成的“核電池”的一種。放射性物質(zhì)的原子核不穩(wěn)定，會釋放各種放射線并衰變，其中碳14和鎳的放射性同位素鎳63等會釋放β射線。碳14的半衰期約為5700年，鎳63約為100年，所以可實現(xiàn)長壽命電池。“金剛石電池”即利用此類放射性物質(zhì)釋放β射線來實現(xiàn)發(fā)電。日本目前試制的“金剛石電池”壽命可達100年，可用作太空和地下設備的電源。

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  法國 France 國際合作顯其能 創(chuàng)新成果各不同

  　　 納米技術(shù)方面，法國南巴黎大學固體物理實驗室聯(lián)合奧地利格拉茨技術(shù)大學物理研究所，首次對納米表面聲子進行了三維成像，有望促進新的更有效的納米技術(shù)的發(fā)展。為了開發(fā)新的納米技術(shù)，必須首先使表面聲子在納米尺度上實現(xiàn)可視化。在新研究中，科學家用電子束激發(fā)了晶格振動，用特殊的光譜方法對其進行測量，然后進行了層析成像重建。

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  韓國 South Korea 納米研究投入大 經(jīng)費保障靠計劃

  　　 根據(jù)《2021年度納米技術(shù)發(fā)展實施計劃》和《第七次產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計劃（2019-2023）2021年度實施計劃》，韓國政府提供的納米研究經(jīng)費連續(xù)三年高速增長。

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  以色列 Israel 根據(jù)環(huán)境去偽裝 隱身材料上戰(zhàn)場

  　　 以色列企業(yè)Polaris Solutions稱其與以國防部合作研制出一種名為“Kit 300”的熱視覺隱身材料。該材料由金屬、聚合物和超細纖維組成，其主要用于在夜間幫助士兵避免被熱成像設備發(fā)現(xiàn)，但其也可根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境（如戈壁、叢林等）需求定制顏色和圖案，在可見光條件下幫助士兵偽裝。此外，該材料具有防水功能，具有較高的強度和柔韌性，可彎曲成U形作為臨時擔架。

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  德國 Germany 電池效率創(chuàng)紀錄 人工合成鈇元素

  　　 德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心用X射線顯微技術(shù)在1秒鐘內(nèi)拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀錄。該中心發(fā)明一種放置在硅和鈣鈦礦中間的自組裝甲基單層膜材料，提高了填充性能以及太陽能電池的穩(wěn)定性，并創(chuàng)造了鈣鈦-硅串聯(lián)太陽能電池效率的世界紀錄。于利希研究中心等合成和表征了所謂的二維材料，并證明該材料是磁振子的拓撲絕緣體。奧格斯堡大學根據(jù)量子效應阻礙磁序原理研發(fā)一種穩(wěn)定化合物，可以替代順磁鹽實現(xiàn)超低溫。

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  烏克蘭 Ukraine 納米晶體有特性 科學巧用來治病

  　　 近幾十年來，科學界對納米技術(shù)的使用及其在科學、工程和生物醫(yī)學領(lǐng)域提供的機會越來越感興趣。與大塊對應物相比，納米晶體具有獨特的物理特性，并且由于它們的尺寸小，可以很容易地進入活細胞甚至單個細胞器。這使得納米晶體能夠成功用作藥物的載體，這極大地促進了它們對單個細胞的靶向遞送，并且具有巨大的潛力，特別是在癌癥的化學療法中。

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人工智能、機器學習等技術(shù)助力新材料研發(fā)。美國西北大學和麻省理工學院使用人工智能技術(shù)構(gòu)建了一種新的、易于使用的工具，通過識別材料的新特征，加快科學家發(fā)現(xiàn)可發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變材料的速度。美國麻省理工學院通過機器學習優(yōu)化具有多種特性（如韌性和抗壓強度）的新型3D打印材料，將加速新材料的研發(fā)進程。美國西北大學和豐田研究所成功應用機器學習指導新納米材料的合成，消除與材料發(fā)現(xiàn)相關(guān)的障礙。德國亞琛工業(yè)大學和芬蘭于韋斯屈萊大學開發(fā)基于機器學習和計算得出的描述符的系統(tǒng)，可用于尋找特殊種類的催化劑且準確性極高。

各國關(guān)注材料回收、二氧化碳轉(zhuǎn)化制取清潔能源的技術(shù)，推動相關(guān)催化劑和低碳足跡材料研發(fā)。日本東京大學聯(lián)合其他機構(gòu)開發(fā)了一種工藝，通過回收廢棄混凝土并將其與捕獲的二氧化碳結(jié)合來制造新的碳酸鈣混凝土。美國勞倫斯·伯克利國家實驗室利用新技術(shù)改進用于輔助反應的銅催化劑的表面，提高了二氧化碳向液體燃料的轉(zhuǎn)化效率。澳大利亞新南威爾士大學在室溫下使用液態(tài)鎵將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和高價值的固體碳產(chǎn)品，未來可用于電池、建筑或飛機制造。

前沿新材料領(lǐng)域取得新進展，推動高技術(shù)產(chǎn)業(yè)變革。美國南阿拉巴馬大學研發(fā)出一種富含納米顆粒的新型碳纖維增強復合材料ZT-CFRP，其不僅比傳統(tǒng)鋁制結(jié)構(gòu)輕，比鋼更堅固，且與傳統(tǒng)的碳纖維增強復合材料相比，不容易受到機械沖擊破壞的影響。中國浙江大學、香港城市大學和韓國IBS低維碳材料中心共同開發(fā)了一種冷縮法制備大面積獨立支撐超薄石墨烯納米膜的方法，可以實現(xiàn)從基片上分離大面積（橫向尺寸達4.2厘米）氧化石墨烯組裝薄膜（納米級厚度）。韓國首爾國立大學受自然界變色龍的“偽裝”啟發(fā)，將熱致變色液晶層與垂直堆疊的、圖案化的銀納米線加熱器集成在多層結(jié)構(gòu)中，制造出“人造變色龍皮膚”，并制作了一個軟體機器人進行演示實驗。

關(guān)鍵原材料供應安全受到全球關(guān)注，美西方欲構(gòu)建關(guān)鍵原材料“國際聯(lián)盟”。美國能源部宣布將在2022-2024年出資3000萬美元，用于開發(fā)新技術(shù)，以確保構(gòu)建清潔能源技術(shù)所需的關(guān)鍵材料供給，旨在使稀土和鉑族元素的供應多元化，開發(fā)替代品并改善其回收與再利用。英國極地研究與政策倡議組織發(fā)布《五眼關(guān)鍵礦產(chǎn)聯(lián)盟：關(guān)注格陵蘭島》報告，指出“五眼聯(lián)盟”國家應加強與格陵蘭島的戰(zhàn)略合作，增加對盟國關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的供應，并減少對“稀土壟斷大國”中國的依賴。美國、加拿大、澳大利亞共同啟動“關(guān)鍵礦物測繪倡議”，旨在幫助各國政府及企業(yè)獲得“多樣化的鈷、鋰、稀土元素等關(guān)鍵礦物采購來源”，從而在全球向清潔能源時代轉(zhuǎn)型過程中，弱化中國在全球稀土供應鏈的領(lǐng)導地位。為此，美國稀土公司致力于開發(fā)在哈德斯佩思縣的“圓頂”（Round Top）礦區(qū)項目，該項目將于2022-2023年投入運營，采礦率估計為每天2萬噸，而所有的礦物加工將在現(xiàn)場進行。

各國繼續(xù)加強新材料布局，推出多項新材料研發(fā)計劃，以支撐未來新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國國家科學基金會發(fā)布2021年版“通過材料設計以變革我們的未來”（DMREF）計劃，擬強化跨領(lǐng)域、跨機構(gòu)間合作，并向25個研究項目資助4000萬美元。此外，美國國家科學基金會還啟動了“新興量子材料與技術(shù)”（EQUATE）5年期研究計劃，資助額度為2000萬美元。美國白宮科技政策辦公室和國家納米技術(shù)協(xié)調(diào)辦公室發(fā)布《2021年國家納米技術(shù)倡議（NNI）戰(zhàn)略計劃》，提出未來5年具體目標和行動，以吸引全美各界參與，確保美國在納米材料發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)化、相關(guān)產(chǎn)品制造方面繼續(xù)處于世界領(lǐng)先地位。日本內(nèi)閣府公開發(fā)布《材料創(chuàng)新力強化戰(zhàn)略》，提出到2030年應重點推進4項具體舉措，即整合以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的材料研發(fā)平臺、重要材料技術(shù)和應用領(lǐng)域的戰(zhàn)略性推進、構(gòu)建材料創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)、積極培養(yǎng)并留住能夠支撐材料創(chuàng)新力的人才。巴西發(fā)布了“先進材料的科學、技術(shù)和創(chuàng)新政策”，并設立先進材料指導委員會，就先進材料相關(guān)問題向政府提出有關(guān)政策和方案的制定和修訂建議，確立目標和優(yōu)先事項。

各國加快推動新能源材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，電池材料領(lǐng)域的競爭日益激烈。美國能源部發(fā)布《國家鋰電池藍圖2021-2030》報告，提出未來10年打造美國本土鋰電池供應鏈的五大主要目標和關(guān)鍵行動。荷蘭特溫特大學使用全新材料鈮酸鎳作為鋰離子電池的陽極，將充電速度提高10倍，且不會導致電池損壞或縮短其使用壽命，預計2022年將進一步改進陽極，使其能夠應用于能源電網(wǎng)、需要快速充放電的電動機器或電動重型運輸領(lǐng)域。美國得克薩斯大學奧斯汀分校開發(fā)了一種高度穩(wěn)定、能快速充電、可防止形成枝晶或表面腐蝕的新型鈉基電池材料，并計劃在2022年測試其是否可用于電動汽車以及存儲風能、太陽能等可再生資源。日本東北大學多元物質(zhì)科學研究所首次創(chuàng)造出不含有毒元素的N型硫化錫薄膜，預計將比P型硫化錫薄膜表現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)換效率，計劃在2022年開展相關(guān)驗證實驗。

在由中國工程院、中國科學技術(shù)協(xié)會主辦，中國材料研究學會共同主辦的“中國新材料產(chǎn)業(yè)高峰論壇——第三屆中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會暨2021‘科創(chuàng)中國’新材料專家、技術(shù)、需求推介會”上，中國工程院院士李元元根據(jù)中國工程院幾個重大咨詢項目的部分研究成果作了“新形勢下我國新材料發(fā)展的戰(zhàn)略機遇與挑戰(zhàn)”的主題報告。

他表示，我國的新材料產(chǎn)業(yè)起步晚、底子薄、起點低，但經(jīng)過材料人進40年的的努力，取得了舉世矚目的成就，我國已成為世界材料大國。當前中國新材料已進入到了高速發(fā)展的快車道，例如前沿研究正邁向世界的前列，尤其是前沿熱點領(lǐng)域表現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭，部分領(lǐng)域與發(fā)達國家形成了并跑，甚至少數(shù)的領(lǐng)域已經(jīng)形成領(lǐng)跑局面。產(chǎn)業(yè)集群已逐步形成長三角、珠三角、環(huán)渤海三大新材料產(chǎn)業(yè)聚集地，表現(xiàn)出蒸蒸日上的發(fā)展局面。特色產(chǎn)業(yè)形成優(yōu)勢，西部、東北、中部分別以能源、資源、地域為特色的新格局呈現(xiàn)出高速發(fā)展的新態(tài)勢。以企業(yè)為主體，市場為導向，產(chǎn)學研用相融合的新材料創(chuàng)新體系正在逐步形成。