前沿材料成为“国之重器”，万亿大赛道下，三个小方向率先起飞
来源： 中国化工报 发布时间：2022-05-05
2021 年 我国新材料总产值有望突破7万亿元。预计 2025 年新材料产业总产值实现 10 万亿。产业结构呈以特种功能材料、现代高分子材料和高端金属结构材料为主要分布，分别占比 32%、24%和 19%。
新材料产业集聚效应显著，细分方向领域地理分布各有侧重。江苏、山东、浙江和广东四省新能源规模超过 10000 亿。福建、安徽、湖北次之，规模超 5000 亿。长三角新材 料产业关注新能源汽车、生物、电子等领域，珠三角侧重于高性能复合材料等的研发， 环渤海地区则对特种材料、前沿材料较为重视。
随着国家政策对航天航空、军事、消费电子、汽车电子、光伏电子、生物医疗领域新材料及其下游产品的支持，市场需求不断扩大，同时对产品性能的要求持续提升，新材料企业产业规模急剧扩大、 对企业、科研人员研发能力的要求不断提高。
下游消费电子、新能源、半导体、碳纤维等行业加速向国内转移，新材料国产化需求迫切，进口替代仍将继续推动我国新材料产业投资的未来发展。
新材料产业规划
安徽省发展改革委日前印发《安徽省“十四五”新材料产业发展规划》（以下简称《规划》），《规划》提出，到2025年，力争全省新材料产值规模突破1万亿元，重点打造硅基新材料等5大千亿级产业集群，做优做强10条百亿产业链（群），努力跻身全国新材料产业发展第一方阵，培育具有国际影响力、国内一流的新材料产业聚集地。
在发展方向方面，大力发展先进金属材料、先进化工材料、硅基新材料三大先进基础材料产业，重点培育生物医用材料、高性能纤维及复合材料两大关键战略材料产业，以及加速布局3d打印材料、超导材料、石墨烯材料、高熵合金等前沿新材料，构筑我省新材料产业“3 2 n”发展新格局。
在重点任务方面，重点建设7大工程，包括创新体系建设工程、企业招引培育工程、产业集群打造工程、数字技术赋能工程、绿色低碳发展工程、产业生态优化工程和开放合作提升工程等，加快把我省打造成为国内具有重要影响力的新材料科技创新策源地和产业聚集地。
在区域布局方面，聚焦三大先进基础材料、两大关键战略材料、前沿新材料等领域，充分发挥各地比较优势，促进要素资源自由流动与优化配置，形成各具特色优势新材料产业集群。
山西工业和信息化厅发布的《山西省新材料产业集群打造2022年行动计划》提出，到今年底总产值力争达到或突破2000亿元。
山西省今年重点推动68户企业72个优势技改项目建设，项目总投资1150.8亿元。力争2022年底有39个项目建成投产，新增营收277亿元。全省新材料规模以上工业企业数量达到200家以上。年营收超过100亿元的企业达到2户，年营收50亿元以上企业达到5户，年营收10亿元以上企业达到15户。
山西省通过延链补链强链，培育3-5个在全国具有比较优势的特色新材料产业链条，初步形成高品质特殊钢、铝镁合金、半导体晶体、高性能纤维、合成生物等布局合理、特色鲜明、具有较强国内国际竞争力的全产业链条。
碳基新材料领域，重点支持钢科碳材料先进复合材料、中科美锦年产1000吨淀粉基电容炭产业化、等23个项目建设，总投资230.6亿元，力争2022年底有13个项目建成投产，新增营收53.5亿元。
生物基新材料领域，重点支持凯赛生物4万吨癸二酸、华阳生物降解新材料6万吨pbat等10个项目建设，总投资492.8亿元，力争2022年底有3个项目建成投产，新增营收12.7亿元。
新型无机非金属材料领域，重点支持华阳华豹20万吨/年绿色气凝胶涂层项目、山西蓝科途年产5亿平锂电隔膜等10个项目建设，总投资80.6亿元，力争2022年底有6个项目建成投产，新增营收6.35亿元。
新材料方向之一：轻量化材料
1、碳纤维
碳纤维材料以其出色的性能被用于航空航天、风电、体育休闲、汽车等多个领域，是新材料领域用途最广泛、市场化最高的材料，被誉为“新材料之王”。全球碳纤维市场需 求近年快速增长，我国也抓住机遇，发展成为全球第二大碳纤维生产国。
但是，我国碳纤维产业相比起国外还存在企业产能利用低、高端产品少、应用开发难的问题，下游行 业还是严重依赖进口碳纤维产品。在当前国际环境下，实现碳纤维规模生产和应用开发 的双自主化，是提升我国国防和制造业实力，保障供应链稳定的关键。
碳纤维(carbon fiber)是由聚丙烯腈(pan)(或沥青、粘胶)等有机纤维在高温环境下裂解 碳化形成的含碳量高于 90%的碳主链结构无机纤维，作为高性能材料产于上世纪 60 年 代。
碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性：作为目前实现大批量生产的高性能纤维 中具有最高比强度（强度比密度）和最高比刚度（模度比密度）的纤维，碳纤维是航空 航天、风电叶片、新能源汽车等具有轻量化需求领域的理想材料。耐腐蚀、耐高温、膨 胀系数小的特点使其得以作为恶劣环境下金属材料的替代；另外，导电导热特性拓展了 其在通讯电子领域的应用。
按照每束碳纤维中单丝根数，碳纤维一般分为小丝束和大丝束两个类别。小丝束性能更 优但价格较高，一般用于航天军工等高科技领域，以及高端体育用品；大丝束成本较低， 往往应用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输和能源设备等。
2、铝合金汽车车身板
铝合金是工业中应用最广泛的合金，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业 中已大量应用。在国家节能减排的政策导向下，汽车行业仅仅通过设计优化汽车能耗已 很难达到国家越来越严格的燃油排放标准，因此汽车的轻质化是行业确定的发展方向。
铝合金是汽车行业轻量化的主力材料，其中铝合金车身板（automotive body sheet, abs）应用在汽车最重的车身，是实现轻量化目标的关键材料。目前我国已逐渐打开国 产车用铝合金市场甚至部分企业已经开始出口，其中国内企业和外企在国内工厂均有生 产。铝合金车身板的国产化是我国汽车产业提高竞争力，帮助国家实现节能减排目标的关键。
新材料方向之二：航空航天材料
1、聚酰亚胺
聚酰亚胺（pi）材料在航空航天、高端电子元器件、半导体等多个尖端领域有着很高的 应用价值，在材料更新迭代方面扮演着重要的角色。目前，全球聚酰亚胺市场需求不断 增长，但很多高端 pi 产品、特种功能 pi 产品的大批量生产仍被少数发达国家垄断，相 关生产技术被严格保护。
目前，我国已在中低端 pi 薄膜、pi 纤维领域实现大规模生产， 并在电工级 pi 薄膜领域获得全球竞争力。但是，高端 pi 薄膜以及其他高端 pi 产品仍 面临“卡脖子”或产能不足的问题，导致明显的结构性供需失衡。突破高端聚酰亚胺产 品的大规模量产对我国制造业升级、军备升级换代、自主可控有着重要意义。
聚酰亚胺（pi）是综合性能突出的有机高分子材料， 被誉为“二十一世纪最有希望的工 程塑料之一”。该材料的使用温度范围很广，能在-200～300℃的环境下长期工作，短时间耐受 400℃以上的高温。
聚酰亚胺没有明显熔点，是目前能够实际应用的最耐高温的 高分子材料。同时，该材料还具有高绝缘强度、耐溶、耐辐照、保温绝热、无毒、吸声 降噪、易安装维护等特点。
当前，聚酰亚胺已广泛应用在航空航天、船舶制造、半导体、 电子工业、纳米材料、柔性显示、激光等领域。根据具体产品形式的不同，聚酰亚胺可 以细分为 pi 泡沫、pi 薄膜、pi 纤维、pi 基复合材料、pspi 等多种产品。
2、碳化硅纤维
碳化硅纤维（sic 纤维）是继碳纤维之后发展的又一种新型高性能纤维，属国家战略性新兴材料。当前，采用碳化硅纤维制造的陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用价值 非常显著，西方发达国家已成功应用此类产品改良航空发动机多个部件，提升了航空发 动机的效率。随着碳化硅纤维性能进一步改善，生产工艺逐步优化，未来该材料有望在更多航空 发动机部件上应用，并有望扩展至其他高价值民用领域，潜在市场空间广阔。
新材料方向之三：半导体材料
1、硅片
硅片位于半导体产业链上游，是半导体器件和太阳能电池的主要原材料，主要应用于光 伏和半导体两个领域，下游需求近年来不断增长。分领域来看，光伏用硅片的产能大多 集中在我国，中环、隆基等龙头公司实力强劲，生产技术水平全球领先；半导体硅片相 对于光伏用硅片而言制作工艺更为复杂，应用场景也更多，市场价值更高，然而我国的 半导体硅片产业起步晚，发展水平较为落后，全球市场被日本厂家垄断，市场主流的 12 寸硅片在我国仍未达到规模化生产，严重依赖进口，以沪硅产业为代表的国内企业正努力打破技术壁垒，国产化替代的空间广阔。
硅是一种良好的半导体材料，耐高温、抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。以 硅为原材料，通过拉单晶制作成硅棒，然后进行切割就形成了硅片。硅片主要用于半导 体、光伏两大领域，半导体硅片在晶体、形状、尺寸大小、纯度等方面要比光伏用晶片 要求更高，光伏用硅片的纯度要求硅含量为 4n-6n 之间（99.99%-99.9999%），半导体 用硅片在 9n-11n（99.9999999%-99.999999999%)左右，制作工艺更加复杂，下游应 用也更为广泛。半导体用硅片位于产业链的最上游，主要应用于集成电路、分立器件及 传感器，是制造芯片的关键材料，影响着更下游的汽车、计算机等产业的发展，是半导 体产业链的基石。
光伏产业是国家战略新兴产业之一，光伏用硅片位于光伏产业链的上游，近年来其需求 在不断上升，据 cpia 预测，全球光伏市场的年装机量在 2021 年将会达到 150gw， 具有广阔的市场和发展前景。我国是世界上最大的光伏用单晶硅片的生产国，据中国有 色金属工业协会硅业分会统计，截至 2019 年底，我国单晶硅片产能为 115gw，占全 球的 97.6%。龙头企业隆基和中环占据国内单晶硅片 50%以上的市场份额，并在持续 扩张产能的进程之中，新势力公司上机数控和京运通也在加速扩产。
受益于半导体产品的技术进步和下游相关电子消费品的品类增加，半导体硅片的需求量 逐年上升，规模不断增长，2020 年全球半导体硅片的出货量达到 12.41 亿平方英寸， 根据 gartner 的预测，2020 年全球硅片市场的规模将达到 110 亿美元左右，半导体硅 片的市场前景广阔。
由于半导体硅片行业技术壁垒较高，当今全球半导体硅片行业被巨头垄断，集中度高， 中国大陆地区厂商体量小。2020 年全球前五大硅片提供商日本信越化学（shin-etsu）、 日本胜高（sumco）、中国台湾环球晶圆（globalwafers）、德国世创（silitronic）、韩 国鲜京矽特隆（sksiltron）市占率合计超过 80%，我国大陆本土厂商沪硅产业市占率 约 2.2%，体量较小。
硅片尺寸越大，单位晶圆生产效率越高。从 20 世纪 70 年代开始硅片就朝着大尺寸方 向发展，当今全球最大尺寸的量产型硅片尺寸为 300mm，也就是 12 英寸硅片。
12 英 寸晶圆的需求近年来不断上升，据日本胜高预测，12 英寸晶圆 2020-2024 年的 cagr 可达 5.1%。全球的半导体硅片产能主要集中在行业巨头，我国半导体硅片起步晚，发 展较为落后，仅有少数几家企业具有 200mm（8 英寸）硅片的生产力，我国的 12 英寸 硅片在 2017 年以前全部依赖进口。
制作大硅片对硅的纯度要求很高，对倒角、精密磨削的加工工艺也有非常高的要求，我 国的工艺水平落后，尚未实现 12 英寸硅片的规模化生产。沪硅产业在 2018 年实现了 12 寸硅片规模化销售，打破了大尺寸硅片国产率为 0 的局面。
12 英寸硅片仍然是当今 硅片市场的主流，国内厂商具备追赶机会，大尺寸硅片的国产替代仍然具有较大的空间。为推动半导体硅片这一重要材料的国产化进程，我国政府也出台了一系列政策来支持产业发展，推动大尺寸硅片的研发制造，促进半导体产业的发展。
2、碳化硅（sic）
碳化硅是第三代半导体材料，具有非常优越的性能，是功率器件的重要原材料，近年来 各国都投入大量人力物力发展相关产业。碳化硅行业门槛比较高，我国生产技术水平及 较为落后，目前产业格局呈现美国独大的特点，仅cree 一家公司就占据导电型碳化硅 晶片全球 62%的份额。碳化硅市场的发展前景广阔，近年来不断在电动车、光伏、轨道 交通、智能电网等领域渗透，拥有强劲的下游需求，市场规模不断扩大。我国也在对碳 化硅全产业链进行布局，今年来相关专利数量不断上升，以天科合达为代表的晶片生产 厂商的市占率也在逐年提高，我国的碳化硅产业的未来发展空间较大。
碳化硅是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，也是第三代半导体材料的代表材料。碳 化硅材料具有很多优点：化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨耐高压。采 用碳化硅材料的产品，与相同电气参数的产品比较，可缩小 50%体积，降低 80%能量 损耗，由于这些特性，世界各国对碳化硅材料非常重视，纷纷投入大量精力促进相关产 业发展，国际上的各大半导体巨头也都投入巨资发展碳化硅器件。随着技术工艺的成熟、 制备成本的下降，应用在各类功率器件上，近年来碳化硅功率器件在新能源汽车领域渗 透率持续上升，是未来新能源、5g 通信领域中 sic、gan 器件的重要原材料。
据 yole，全球车载 sic 功率器件的市场空间 为预计到 2024 年可以达到 19.3 亿美金，对应 2018-2024 年复合增速达到 29%。据天 科合达招股说明书预测，碳化硅功率器件在光伏逆变器中的占比在2025年将达到50%， 轨道交通中碳化硅器件应用占比也将逐步上升。
在电动车和光伏逆变器需求的拉动下，根据 omdia 预测，碳化硅和氮化镓功率半导体 的新兴市场预计在 2021 年突破 10 亿美元；根据 ihs markit 数据，2018 年碳化硅功率 器件市场规模约 3.9 亿美元，受益于新能源汽车需求增长以及光伏产业的发展。
预计到 2027 年碳化硅功率器件的市场规模将超过 100 亿美元，碳化硅行业的成长动力充足。
文章来源： 中安在线，中国化工报，中国国际石油化工大会
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_508924.html
来源：贤集网
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