撰文 | 龍海波(國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心研究員、中國(guó)國(guó)際發(fā)展知識(shí)中心研究組織處處長(zhǎng))
新材料也稱為先進(jìn)材料,是指新出現(xiàn)的具有高效、特殊性能的材料,或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或具有新功能的材料。隨著基礎(chǔ)科學(xué)不斷突破,新材料結(jié)構(gòu)功能一體化、材料器件一體化、復(fù)合化等特點(diǎn)更為明顯。許多發(fā)達(dá)國(guó)家將新材料作為未來(lái)研發(fā)的優(yōu)先事項(xiàng),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用逐漸從基礎(chǔ)性、支撐性向顛覆性、引領(lǐng)性轉(zhuǎn)變。
1新形勢(shì)下新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)特征
新材料產(chǎn)業(yè)是許多相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)變革的基礎(chǔ),也是電子信息、新能源、航空航天和生物醫(yī)藥等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo),越來(lái)越呈現(xiàn)交叉融合、相互促進(jìn)的趨勢(shì),對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)提升和產(chǎn)品更新?lián)Q代具有重要作用。主要體現(xiàn)在:
第一,新技術(shù)變革加速了新材料研發(fā)應(yīng)用進(jìn)程。隨著大數(shù)據(jù)、數(shù)字仿真在新材料研發(fā)設(shè)計(jì)中的作用不斷凸顯,材料基因組計(jì)劃、增材制造等新技術(shù)新模式蓬勃興起,基于已有材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能的突破,新材料研發(fā)過(guò)程發(fā)生顯著變化,正以一種新的生產(chǎn)方式不斷涌現(xiàn)。然而,前沿技術(shù)路線選擇的風(fēng)險(xiǎn),以及從技術(shù)實(shí)現(xiàn)到商業(yè)化的時(shí)間仍面臨許多不確定性?!恫牧峡茖W(xué)》雜志一項(xiàng)關(guān)于新材料商業(yè)化的研究表明,新材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的時(shí)間平均在10年以上(見下表),與生物技術(shù)相近,但遠(yuǎn)高于軟件技術(shù)。新材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的R&D投入約為軟件技術(shù)的數(shù)倍到數(shù)十倍。
軟件、生物技術(shù)和新材料技術(shù)的商業(yè)化時(shí)間、成本和不確定性比較
第二,新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨多種驅(qū)動(dòng)因素。新材料種類眾多,其內(nèi)在潛力和市場(chǎng)規(guī)模需要從技術(shù)成熟度分類識(shí)別。一是標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。石墨烯產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷爆發(fā)式擴(kuò)張后遇到的問(wèn)題對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定提出了更高要求。英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)制定了全球首個(gè)石墨烯國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),為石墨烯的測(cè)試驗(yàn)證提供依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。二是集中攻關(guān)搶占市場(chǎng)先機(jī)。信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)提出了更高要求,二維半導(dǎo)體、第三代半導(dǎo)體等技術(shù)仍不夠成熟,各國(guó)都亟待在這一基礎(chǔ)領(lǐng)域取得革命性突破,美、韓有望在2025年前實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體材料和器件更新?lián)Q代。三是政策倒逼材料行業(yè)快速增長(zhǎng)。比如,節(jié)能減排的政策驅(qū)動(dòng)對(duì)車用新材料產(chǎn)生了重大影響,高強(qiáng)度鋼、鎂鋁合金、碳復(fù)合材料、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)材料等車體輕量化材料自身性能持續(xù)提升。
第三,新材料產(chǎn)業(yè)國(guó)際市場(chǎng)壟斷日益加劇。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家在新材料產(chǎn)業(yè)中仍占據(jù)領(lǐng)先地位,美國(guó)全面領(lǐng)跑,日本在納米材料、電子信息材料、先進(jìn)復(fù)合材料等領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì),歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學(xué)與光電材料等方面有明顯優(yōu)勢(shì)。這些國(guó)家的科技產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力集中在上游“材料+裝備”環(huán)節(jié),對(duì)于保障國(guó)家科技安全具有重要意義。從長(zhǎng)期發(fā)展看,新材料產(chǎn)業(yè)上下游聯(lián)系越來(lái)越緊密,產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善,初步形成了新的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟,這有利于產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用拓展的融合,但由此也會(huì)形成寡頭壟斷。一些龍頭材料企業(yè)通過(guò)并購(gòu)、重組及產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈構(gòu)建,把控全球新材料產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)格局。
第四,新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在于概念期和導(dǎo)入期。新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展容易受到下游應(yīng)用場(chǎng)景制約,研發(fā)成果快速投入大規(guī)模應(yīng)用的情況很少,總體上呈現(xiàn)前期投資大、中間環(huán)節(jié)多、轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。其中,處于概念期和導(dǎo)入期的新材料產(chǎn)業(yè),由于研發(fā)成本高、銷售集中于少數(shù)高端客戶,往往投資周期長(zhǎng),投資高風(fēng)險(xiǎn)高收益并存。
目前,許多已經(jīng)占據(jù)廣大市場(chǎng)份額的龍頭企業(yè)加大對(duì)概念期和導(dǎo)入期的產(chǎn)業(yè)投資力度,比如,燃料電池、記憶合金、石墨烯等,以期搶占高端基礎(chǔ)材料制高點(diǎn)??梢灶A(yù)見,新材料領(lǐng)域?qū)⒚媾R更高的技術(shù)壁壘,消化吸收再創(chuàng)新模式對(duì)于拓展下游市場(chǎng)具有重要作用,但向上游市場(chǎng)邁進(jìn)的空間已逐步收窄。
2新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路徑與政策重點(diǎn)
由于產(chǎn)業(yè)上下游環(huán)節(jié)多,技術(shù)復(fù)雜性高,具有很大的不確定性,對(duì)政策依賴性較強(qiáng)。因此,新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須依靠體制機(jī)制創(chuàng)新,進(jìn)一步明確創(chuàng)新政策轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)。
(一)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三種技術(shù)路徑
供給引領(lǐng)下的前沿突破。技術(shù)組合是前沿材料技術(shù)的潛在來(lái)源,需要多學(xué)科、多技術(shù)領(lǐng)域深度融合,快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累和重大理論突破。對(duì)于前沿突破形成的技術(shù)創(chuàng)新,主要基于新材料基本屬性改變或衍生屬性拓展,更多依靠產(chǎn)學(xué)研深度合作,促進(jìn)新材料技術(shù)創(chuàng)新不同要素的整合。這種模式主要適用于代表材料科技發(fā)展方向、符合材料交叉顛覆性創(chuàng)新、具有廣闊市場(chǎng)前景的新材料,具有“科技引領(lǐng)”特征,包括超導(dǎo)材料、智能仿生材料、石墨烯材料等。
供需驅(qū)動(dòng)下的快速迭代。技術(shù)迭代是新材料更新升級(jí)的關(guān)鍵,通常以改善材料性能、縮短研發(fā)周期、加速工程化應(yīng)用的方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于快速迭代形成的技術(shù)創(chuàng)新,僅針對(duì)新材料的研發(fā)驗(yàn)證和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)模擬,并不影響材料自身屬性,通過(guò)構(gòu)建新材料模擬、研發(fā)、試驗(yàn)大數(shù)據(jù)平臺(tái),運(yùn)用計(jì)算材料學(xué)和可共享材料數(shù)據(jù)庫(kù)加速新材料工程化應(yīng)用。這種模式主要適用于材料基因組技術(shù),以及輕量、高溫、高溫超導(dǎo)、熱電、磁性及熱磁、相變記憶存儲(chǔ)等高性能合金材料。
需求牽引下的融合創(chuàng)新。技術(shù)牽引主要來(lái)自軍用和民用市場(chǎng)需求,以及長(zhǎng)期以來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),更容易伴隨在知識(shí)交換和市場(chǎng)應(yīng)用中產(chǎn)生。對(duì)于需求牽引形成的技術(shù)創(chuàng)新,大部分是根據(jù)新材料性能需求進(jìn)行反向設(shè)計(jì),通過(guò)新材料研發(fā)先期導(dǎo)入,將上下游企業(yè)緊密聯(lián)系在一起,以“軍轉(zhuǎn)民”“民參軍”等方式,實(shí)現(xiàn)新材料研發(fā)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一、軍事技術(shù)和民用技術(shù)的深度融合。這種模式具有“一需多材”特征,包括先進(jìn)半導(dǎo)體材料、新型顯示材料、新能源材料、高端裝備特種合金,以及人工晶體、生物醫(yī)用材料等。
(二)當(dāng)前新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約瓶頸
在前沿突破上,由于缺乏先導(dǎo)性技術(shù)支撐,我國(guó)新材料發(fā)展起步晚,多方力量分散投入、共性技術(shù)供給不足等問(wèn)題十分突出。材料領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之間以及與生命、能源、信息等領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室之間交叉不足,缺乏有效的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。
在技術(shù)迭代上,大多數(shù)行業(yè)沒有專門的產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu),新材料產(chǎn)品成套技術(shù)不完備。我國(guó)新材料還沒有形成大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料牌號(hào)與體系,缺乏符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/制造/評(píng)價(jià)共享數(shù)據(jù)庫(kù)。
在融合創(chuàng)新上,生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)合不緊密導(dǎo)致有效應(yīng)用牽引不足。材料的研發(fā)生產(chǎn)與設(shè)計(jì)、下游應(yīng)用相脫節(jié),導(dǎo)致“有材不好用”。還有部分性能優(yōu)異的材料,由于尚未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用驗(yàn)證和資質(zhì)認(rèn)證,導(dǎo)致“好材不敢用”。
(三)未來(lái)新材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新政策的重點(diǎn)
從整體視角看,要處理好材料科技與其他科技領(lǐng)域的關(guān)系。相比其他科技領(lǐng)域,新材料始終強(qiáng)調(diào)應(yīng)用導(dǎo)向,而這種應(yīng)用是基于產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)形成工藝參數(shù)反饋,進(jìn)而促進(jìn)材料科技的新突破。因此,應(yīng)從更廣范圍考慮科技協(xié)同創(chuàng)新體系構(gòu)建,包括前沿技術(shù)追趕、科技投入產(chǎn)出、產(chǎn)學(xué)研分工合作等方面政策轉(zhuǎn)型,促進(jìn)“一代裝備、一代材料”向“一代材料、一代裝備”轉(zhuǎn)變。
從關(guān)鍵機(jī)制看,要處理好研發(fā)投入與組織方式之間的關(guān)系。對(duì)于新材料技術(shù)而言,不同模式下的投入重點(diǎn)及組織方式也有所差異,無(wú)論哪種技術(shù)創(chuàng)新模式,目前大多數(shù)仍以部門條塊資金投入為主,多頭指揮的組織方式不利于新材料研發(fā)的持續(xù)投入和集中攻關(guān),即使是需求牽引的技術(shù)創(chuàng)新,企業(yè)決策話語(yǔ)權(quán)也很有限,盡量避免多方力量分散減少投入的有效性。
從激勵(lì)導(dǎo)向看,要處理好不同分工鏈條下人員激勵(lì)的關(guān)系。正確引導(dǎo)各類研究人員開展科研生產(chǎn)活動(dòng),讓不同分工鏈條上的研究人員實(shí)現(xiàn)知識(shí)分享,推動(dòng)材料技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室不斷走向市場(chǎng)。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表征評(píng)價(jià)、服役測(cè)試等技術(shù)進(jìn)步才能真正支撐新材料的研發(fā)生產(chǎn),而其中研究人員的精力投入與績(jī)效考核存在較大差異,并不是“一刀切”的注重論文發(fā)表、專利申請(qǐng)。
3加快推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議
推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,必須結(jié)合不同材料的技術(shù)路線特點(diǎn),著力打通從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究的創(chuàng)新全鏈條,重點(diǎn)在科研投入機(jī)制、研究組織方式、成果應(yīng)用導(dǎo)向、人才評(píng)價(jià)考核等方面完善創(chuàng)新體制機(jī)制,充分發(fā)揮政策的引領(lǐng)作用和協(xié)同效應(yīng)。第一,完善新材料投入?yún)⑴c機(jī)制,推進(jìn)創(chuàng)新鏈各環(huán)節(jié)深度融合。一方面,充分發(fā)揮政府先導(dǎo)作用。對(duì)于關(guān)鍵戰(zhàn)略材料和前沿新材料領(lǐng)域,應(yīng)從國(guó)家層面加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃,整合分散在各部門的科技專項(xiàng)經(jīng)費(fèi),重點(diǎn)支持新材料研發(fā)與先進(jìn)制造緊密結(jié)合、前沿新材料的示范應(yīng)用項(xiàng)目,集中力量突破先進(jìn)核心工程化工藝技術(shù)制約,提升關(guān)鍵戰(zhàn)略材料產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)創(chuàng)新能力。結(jié)合“首臺(tái)(套)”等政策,通過(guò)政府采購(gòu)、軍方采購(gòu)等方式構(gòu)建運(yùn)行高效的產(chǎn)用結(jié)合機(jī)制。另一方面,更加注重市場(chǎng)引導(dǎo)作用。對(duì)于技術(shù)成熟度較高、應(yīng)用牽引較強(qiáng)的基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵戰(zhàn)略材料領(lǐng)域,應(yīng)更多采取產(chǎn)學(xué)研合作型、企業(yè)聯(lián)盟型模式,推動(dòng)建立以應(yīng)用企業(yè)投入為主的研發(fā)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)先期介入、精準(zhǔn)研發(fā),精準(zhǔn)對(duì)接應(yīng)用。
第二,健全新材料產(chǎn)學(xué)研用組織機(jī)制,激發(fā)“研發(fā)—應(yīng)用—反饋—再研發(fā)”內(nèi)生動(dòng)力。適時(shí)調(diào)整材料領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室布局,探索建立新材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室①協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合體制度,特別是在材料與醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)、能源和信息科學(xué)、制造科學(xué)等交叉前沿領(lǐng)域加強(qiáng)共性技術(shù)攻關(guān),推動(dòng)聯(lián)合體內(nèi)重要科研成果共享、業(yè)績(jī)考核互認(rèn),將之前的個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)估變革為對(duì)協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合體貢獻(xiàn)的評(píng)估。抓住“一需多材”和“一材多用”兩頭,更加注重科技成果后端轉(zhuǎn)化,新材料產(chǎn)業(yè)組織體系應(yīng)堅(jiān)持需求導(dǎo)向原則,同時(shí)為再研發(fā)服務(wù)。比如,可以在重點(diǎn)新材料領(lǐng)域建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,支持產(chǎn)業(yè)集聚顯著、上下游產(chǎn)業(yè)鏈完善的地區(qū)建立新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。對(duì)于面向民用和軍用兩類需求的新材料技術(shù),可以采用軍民結(jié)合方式,推動(dòng)先進(jìn)軍用材料民用化及民用材料高端化,加速新材料技術(shù)推廣應(yīng)用進(jìn)程。
第三,夯實(shí)新材料設(shè)備數(shù)據(jù)共享平臺(tái),以此帶動(dòng)其他科技領(lǐng)域和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。優(yōu)先在新能源材料、生物醫(yī)用材料、先進(jìn)復(fù)合材料等國(guó)家戰(zhàn)略領(lǐng)域推動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新。建設(shè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、資源共享平臺(tái),推進(jìn)企業(yè)、科研院所數(shù)據(jù)、人才、設(shè)備儀器的開放共享。推動(dòng)形成以行業(yè)協(xié)會(huì)為主導(dǎo)的新材料標(biāo)準(zhǔn)體系,面向國(guó)際市場(chǎng)建立高性能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。加強(qiáng)新材料專利申請(qǐng)的評(píng)估審核,提高高性能復(fù)合材料及前沿新材料等高附加值領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量,注重專利直接轉(zhuǎn)讓與專利資本化轉(zhuǎn)化相結(jié)合。針對(duì)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料和前沿新材料,通過(guò)政策引導(dǎo)避免熱門產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域惡性競(jìng)爭(zhēng),著力扭轉(zhuǎn)低端產(chǎn)品過(guò)度集中、高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口的結(jié)構(gòu)性矛盾。依托中小企業(yè)精細(xì)化加工生產(chǎn)的特點(diǎn),培育新材料細(xì)分領(lǐng)域“隱形冠軍”,讓中小企業(yè)在細(xì)分領(lǐng)域、小批量多品種領(lǐng)域發(fā)揮作用。
第四,建立人才競(jìng)爭(zhēng)擇優(yōu)、有序流動(dòng)機(jī)制,以創(chuàng)新質(zhì)量、綜合貢獻(xiàn)度、績(jī)效分類評(píng)價(jià)創(chuàng)新人才。要搶抓全球人才流動(dòng)的有利機(jī)遇,以優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)、提升人才質(zhì)量為重點(diǎn),強(qiáng)化學(xué)科需求和應(yīng)用導(dǎo)向,進(jìn)一步健全人才分類評(píng)價(jià)政策體系,培養(yǎng)造就一批“高精尖”人才隊(duì)伍,重點(diǎn)關(guān)注以下幾類創(chuàng)新人才:
一是注重對(duì)多學(xué)科融合科研人員的培養(yǎng),強(qiáng)化數(shù)字技術(shù)對(duì)新材料研發(fā)的推動(dòng)作用。
二是注重對(duì)產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的打造,鼓勵(lì)各類研發(fā)人員深入交流與知識(shí)分享。
三是注重對(duì)科技成果轉(zhuǎn)化人員的激勵(lì),突出材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
四是注重對(duì)細(xì)分行業(yè)“隱形冠軍”人才的挖掘,著力在關(guān)鍵工藝技術(shù)、特殊材料配套和零部件領(lǐng)域有所突破。
在此基礎(chǔ)上,逐步規(guī)范符合各類人才特點(diǎn)的激勵(lì)政策,賦予科研院所和科研團(tuán)隊(duì)更大的自主權(quán),包括經(jīng)費(fèi)使用、人才選聘、技術(shù)路線等,切實(shí)營(yíng)造有利于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才發(fā)展環(huán)境。①主要指的是依托中央高校和中科院建設(shè)的材料領(lǐng)域21個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
參考文獻(xiàn)〔1〕宮學(xué)源,2020:“新材料風(fēng)險(xiǎn)投資困境淺析及加速新材料創(chuàng)新之思考”,《新材料產(chǎn)業(yè)》,第6期。
〔2〕康萌越、謝振忠、程楠,2019:“國(guó)外新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的五大模式及啟示”,《中國(guó)建材報(bào)》,9月11日。
〔3〕李丹、肖勁松,2019:“中美新材料產(chǎn)業(yè)政策體系之比較”,《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》,第3期。
〔4〕沈應(yīng)龍,2018:“新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新大趨勢(shì)”,《科技中國(guó)》,第4期。
〔5〕屠海令、張世榮、李騰飛,2016:“我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究”,《中國(guó)工程科學(xué)》,第8期。
〔6〕王江平,2018:“新材料已經(jīng)成為制約我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突出短板”,《世界金屬導(dǎo)報(bào)》,9月18日。