微米和纳米科技材料

Deeptech于2022年发布了《中国新材料技术创新生态发展图景研究报告》

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,也是人类社会发展的先导。回溯工业革命历程,每一次产业升级都需要材料的创新和进步的支撑。

新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。在当前新一代信息技术、新能源、智能制造等新兴产业迅速崛起的背景下,叠加中国“双碳”目标对新材料市场需求的拉动,部分处于产业链关键位置的新材料地位愈加凸显。

2022 年正值中国产业升级与“双碳”政策推进的关键阶段,半导体和新能源行业再度成为关注的焦点。能否在这两个领域取得突破一定程度上决定了产业升级和“双碳”政策的落地进程。

DeepTech 基于技术分析和文献研究,针对半导体与新能源领域,聚焦产业链中关键新材料部分,从前沿技术、产业园区、企业、研究机构与人才角度进行分析,提炼出 2022 年中国关键新材料技术及创新生态发展图景,以飨读者。

超越“摩尔定律”,第三代半导体材料创新“雨林”生机盎然

第三代半导体材料,指带隙宽度明显大于 Si(1.1eV)和 GaAs(1.4eV)的宽禁带半导体材料,主要包括 Ⅲ 族氮化物(如 GaN、AlN 等)、碳化硅(SiC)、氧化物半导体(如 ZnO、Ga2O3 等)和金刚石等宽禁带半导体。

相对于第一代半导体材料 Si 和第二代半导体材料 GaAs 和 InP,第三代半导体材料具有高击穿电场强度、高热导率、高电子饱和率、高漂移速率以及高抗辐射能力等优越性能。应用也较为广泛,覆盖了中高压电力电子转换、毫米波射频和高效半导体光电子等领域,是制造业产业升级的重要支撑。

2017 年,中国第三代半导体产业全面启动,中央和地方出台相关政策加大对第三代半导体材料及产业化应用扶持力度。

表丨中国第三代半导体材料相关政策(来源:各部委网站、DeepTech)

经过几年的发展,中国第三代半导体主要企业由中试进入大规模量产阶段,多地已经集聚了相对完整的第三代半导体产业链,具备建设产业集群的条件。

图丨中国第三代半导体产业分布情况(来源:DeepTech)

与全球同步,中国科研院所和大学也相继开展了第三代半导体材料的研究,主要包括中科院物理所、山东大学、中科院硅酸盐所、中科院半导体所以及中国电子科技集团第 46 研究所等单位,这些科研单位的超前研究成果构建了中国第三代半导体产业技术基础。

图丨中国第三代半导体产业研究机构分布图(来源:DeepTech)

跳跃在汽车电动化浪尖,锂电材料扛起“链主”担当

汽车电动化浪潮驱动锂离子电池材料行业飞跃发展。不管从国家政策支持力度还是市场化发展程度来看,新能源汽车产业已然成为未来不可阻挡的趋势。

旺盛的下游需求刺激了中国锂电材料产业的迅速增长。新能源汽车作为锂离子电池的主要用户近年来增长迅速。2020 年中国新能源汽车销售额占全球新能源汽车销售额的 40.7%,仅比欧洲少 3.1 个百分点。而在销量方面,2021 年中国新能源汽车销量 352.1 万辆,连续七年销量位居全球第一。

图丨2015-2021 年中国新能源汽车销量(来源:中国国家统计局)

在政策的支持下,中国锂离子电池材料产业蓬勃发展。锂电材料产业是中国新能源汽车发展的关键,中国锂电池产业的发展得到了政府政策的大力支持,在十几年间各部委出台了多元化鼓励锂电材料产业发展的政策。

表丨支持锂电材料产业发展部分政策(来源:DeepTech)

锂离子电池的“四大主材”——正极材料、负极材料、隔膜和电解液,共同决定了锂离子电池的性能,是新能源产业链的重要组成部分。

中国锂电材料产业在下游市场和政策的双重助力下得到了蓬勃的发展,锂电材料相关企业和产业园区大量涌现,逐渐产生了聚集态势。

图丨中国锂电材料部分企业与产业园区(来源:DeepTech)

在中科院物理所陈立泉院士的带领下,中国学者们对锂离子电池材料的研究已持续四十余载,研究机构和人才已经形成了较为成熟的研究生态。

以中科院物理所、中科院化学所为代表的研究机构为中国锂电材料技术的发展奠定基础,南开大学、清华大学、中南大学等高校在细分领域发力,射洪锂电研究院等研究机构与产业园区紧密配合,中国建立起了具备多层次结构的研究体系。

图丨部分中国锂电材料研究机构(来源:DeepTech)

“顶层设计”出炉,氢能四大产业聚集区建设正酣

人类需要一场清洁、低碳、安全、高效的能源变革。可再生能源如太阳能、风能、水电等受其固有的间歇性、波动性限制,缺乏高效储能手段导致大量能源浪费。

氢能作为一种洁净的二次能源载体,可以由可再生能源高效转化得到,且具备替代化石能源的潜能,是实现从化石能源到可再生能源的可持续循环中的关键一环。

随着全球能源低碳化转型需求逐渐迫切,各国政府先后出台政策鼓励本国氢能产业发展。中国政府于 2019 年将氢能列入了清洁能源产业,并持续推出鼓励政策,加速中国氢能产业发展。2022 年 3 月 23 日,国家发改委推出《氢能产业发展中长期规划(2021-2035)》,为中国氢能产业发展制定了顶层规划。

表 | 支持锂电材料产业发展部分政策(来源:DeepTech)

在政策的引导下,中国氢能产业园区发展迅速,各地区因地制宜,在氢能材料领域进行布局,逐渐形成了长三角、珠三角、环渤海和川渝鄂四大聚集区。

图丨中国四大氢能产业聚集区(来源:DeepTech)

中国的氢能技术尚且不成熟,储氢、氢燃料电池等技术还有待突破。在寻求技术突破的过程中,各大高校和研究院所扮演了相当重要的角色。

在众多研究机构中,中科院大连物化所等研究单位为中国氢能产业奠定了技术基础;清华大学、南开大学、同济大学等科研单位在细分领域进行深入研究,完善了中国氢能研究体系。

随着中国氢能产业的发展,部分产学研深度融合的研究院所纷纷涌现,如佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院等,科研院所与研究团队共同支撑起了中国氢能技术的研究体系。

图丨中国部分氢能研究机构(来源:DeepTech)

结语

关键新材料是未来高新技术产业发展的基石和先导。

此时正当中国产业升级转型和“双碳”政策推进的关键时期,先进半导体材料、新型锂电材料和氢能材料等关键新材料重要性凸显。这些产业发展迅速,逐渐形成了鼓励政策完善、研究体系成熟、产业链条完整的创新生态系统。

在市场和政策的双重驱动下,先进半导体材料、新型锂电材料、氢能材料等关键新材料的技术和产业发展迅速。在可以预见的未来,中国的关键新材料将迈上新的台阶。

DeepTech发布《2022关键新材料技术及创新生态发展图景研究报告》

*以上分析仅供参考,不构成任何投资建议

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关于 DeepTech

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