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中国工程院院士干勇：发展新材料产业刻不容缓
发布时间：
2022-12-06 09:23
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“一代材料，一代技术。先进材料是高新技术产业的先导和高端制造业的关键基础。”近期，在中国金融信息中心、上海证券报、中国科学院上海分院、上海市科学技术协会联合举办的海上院士讲坛第39期上，中国工程院院士、中国工程院原副院长、国家新材料产业发展专家咨询委员会主任委员干勇在主题演讲中呼吁，中国的先进材料产业发展快速，但在半导体材料等“短板”上须奋起直追，并要抓住新技术、新应用带来的新材料产业“后发机遇”。
先进材料产业加速发展
“先进材料是高新技术产业的先导和高端制造业的关键基础，是国际高技术竞争的关键领域，是未来工业发展的重要支撑点。”干勇指出，七大战略性新兴产业，任何一个都离不开先进材料的加持。
先进材料的重要性，尤其体现在国家重大工程上。钢铁材料、轻合金材料、工程塑料等产业结构不断优化，有力支撑了高铁、载人航天、海洋工程、能源装备等国家重大工程建设及轨道交通、海洋工程装备等产业。
我国新材料产业规模从2010年的0.95万亿元，快速增长到2020年的超过5万亿元，多项关键新材料取得突破。
“在超高纯铝靶材上，中国自给率已经超过50%。”干勇以半导体材料为例介绍，集成电路材料线宽大于110纳米工艺用芯片主要材料自给率达到79%，90至65纳米的线宽工艺用主要材料自给率达到59%。产业化方面，国内半导体量产应用材料数量逐年增加，2020年单厂采购比例超过50%的材料达到了95种。现在，8英寸半导体硅片、12英寸半导体硅片年产达到3224百万平方英寸，半导体光刻胶年产能达到58万加仑。
公开资料显示，在半导体用靶材领域，铝靶已经广泛应用于半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域；钛靶及钛环、钽靶材及环件主要应用于超大规模集成电路领域；铜及铜合金靶主要用于超大规模集成电路芯片和平板显示器制造领域。在半导体用硅片领域，沪硅产业、立昂微、TCL中环、有研硅等上市公司的出货量持续提升。
能源信息技术、生物技术等产业对于中高端材料的需求日益增长。中国的钛合金年用量超过10万吨；光伏、风电、锂电储能等对碳纤维的用量，促使我国碳纤维产业进入快速发展期。
奋起直追补“短板”
“在半导体用的150余种进口材料中，80%以上约130种全部依赖进口，14纳米至10纳米的光刻胶几乎全部依赖进口。”对于材料“短板”，干勇表示，我国显示产业规模已占全球半壁江山，但大量显示材料依然依赖进口；高铁用轴承、核心元器件，一些集成电路用关键材料比如电子级多晶硅、高端膜材料等也依赖进口。
为何新材料产业出现“短板”？干勇认为，背后原因是长期的基础研究不够、创新能力不足；工业软件、原辅材料、装备、核心元器件，特别是检测仪器等发展不足，已经成为制约新材料发展的薄弱环节。
“材料领域已经进入发展的关键窗口期。”干勇强调，一代材料，一代技术。以先进材料为代表的关键核心领域，正成为全球未来竞争的焦点。一方面，欧美日等都在积极关注纳米材料、碳基材料、涂层材料、先进纤维材料、第三代第四代半导体等新材料；另一方面，大型跨国公司凭借技术研发、资金人才优势，在新材料上的垄断地位越来越高。
记者注意到，在上述“短板”领域，也有部分上市公司正在奋发努力。比如，彤程新材的电子业务涵盖半导体光刻胶及配套试剂、显示面板光刻胶、PI材料及电子类树脂等产品，公司今年上半年新增6支KrF及7支I线光刻胶产品，旗下科华品牌光刻胶已经批量供应给国内18家12英寸以及16家8英寸半导体制造企业。
飞凯材料近期在互动易披露，公司为KrF光刻配套的Barc（底层抗反射镀层）材料已完成小部分客户导入验证工作，形成少量销售。
抢抓新材料产业机遇期
干勇认为，随着技术和应用发展，多种新材料进入产业化窗口期，也是中国新材料产业发展的机遇期。
在半导体产业上，当前的技术路径包括延续摩尔、超越摩尔、后摩尔。在延续摩尔定律上我们在努力追赶先进，补课光刻胶、反射膜等关键材料；但在超越摩尔技术路线上，中国与全球的差距并不大，有机会在第三代半导体、前沿材料和前沿技术上取得较快进展。
“碳化硅是目前已知特高压唯一的直流电子器件，在5G通信、高铁、新能源汽车、半导体照明、消费电子市场都具有巨大应用潜力。”干勇介绍，中国的碳化硅产业发展水平与国外相差不过三五年，氮化镓与国外差距也不过五至十年。在应用与技术驱动下，本土产业正在蓬勃发展。
“在后摩尔技术路径上，材料科学、量子科学和加工技术交叉融合，碳基半导体材料前景巨大。”干勇强调，除了半导体材料，特种高分子材料、密封材料、生物基材料、功能性高分子膜材料、高温合金、特种合金（比如铝镁合金）、稀土材料等领域的发展机遇，都值得关注。
“在高温合金材料上，我们的第二代单晶基本过关，正在攻关第三代材料。”干勇举例说，高温合金是发动机、燃气轮机的关键材料，在大型民用客机、运载火箭、重型燃气轮机上都有广泛应用。
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