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100大未来材料!50项重点技术!韩科技部发布战略文件大力支持新材料研发,于我国何启示?


国家战略技术
相关新材料发展战略

100种未来新材料,50项重点技术

















自2019年7月日本对韩国实施出口管制后,韩国政策基调就从“追赶技术领先国家”转型为“在全球占据技术领先地位”。在材料领域,韩国政府大幅增加材料零部件设备研发预算,并完善相关法律和制度。

2022年10月,韩国政府选定十二大国家战略技术进行重点培育,分别为半导体和显示器、二次电池、下一代移动出行、新一代核能、先进生物技术、航空航天和海洋技术、氢能、网络安全、人工智能、下一代通信技术、先进机器人与制造、量子技术。为支撑这十二大国家战略技术的发展,并以任务为导向研发未来材料,2023年3月,韩国科技部发布《国家战略技术相关新材料发展战略》(以下简称《战略》),公布100种未来新材料并将大力支持有关领域研发。同时,针对12大国家战略产业,具体提出在这些领域着力推进的50项重点技术。



基于应用需求,开发100种未来材料

韩国政府组织12个国家战略技术领域的材料专家、产业界专家和需求企业相关人员组成研究会,以需求为基础选定了100种未来材料,并制定了到2035年实现领先的具体技术目标。

1. 半导体领域的未来材料

为突破半导体性能瓶颈,开发高度集成半导体器件、原子级表面反应控制复合材料、下一代碳化物单晶体材料、耐腐蚀性传感器材料等11种未来材料。到2035年的技术目标包括:超低电力(介电常数近零的材料、快速散热材料);超高集成(1015级别的材料);可持续性(环保工艺材料)。

2. 显示器领域的未来材料

为尽可能提高显示器的现实感,开发增强现实显示器材料、伸缩显示器材料、自发光材料、超高弯曲度光学材料等8种未来材料。到2035年的技术目标包括:超现实感(高分辨率、高亮度、立体影像光学材料);自由成像(高透明板材料);互联(一体型显示器材料);环保(低能耗、再利用、无废材料)。

3. 二次电池领域的未来材料

为实现超高性能二次电池并解决供应链问题,开发氧化物正极材料、无负极电池材料、单晶体正极材料、高能源密度电极材料等8种未来材料。到2035年的技术目标包括:全球性能(行驶距离800千米的电极材料);环保(低碳、再利用电极材料);多样化(自由成像、极限环境电池新材料)。

4. 新一代核能领域的未来材料

为解决废弃核燃料问题,开发高温耐腐蚀金属材料、寿命较长的超耐热材料、储存废弃核燃料的金属材料、光伏转换复合材料、高性能核燃料新材料等8种未来材料。到2035年的技术目标包括:安全性(熔盐耐腐蚀耐热材料);碳中和(超高温寿命长的结构材料);无限燃料(用于核反应堆的极端环境材料)。

5. 下一代移动出行领域的未来材料

为确保高科技出行中的用户安全,开发可以吸收撞击力的可变韧性复合材料、超高散热磁性材料、高分子光学材料等10种未来材料。到2035年的技术目标包括:安全性(应对撞击的安全材料);高科技出行(实现安全无人驾驶的智能材料);碳中和(减少碳排放的结构材料);良性循环(自主控制寿命的材料)。

6. 氢能领域的未来材料

为实现氢气的廉价、高效、大容量生产、储存、运输和利用,开发极低温高韧性金属材料、高温高分子膜燃料电池材料、高价金属替代材料、用于生产清洁氢的电热材料等9种未来材料。到2035年的技术目标包括:高效生产(廉价高效生产清洁氢);大容量供应(大容量、高密度储存和远距离运输氢气);超高效率(用于出行和发电的超高效燃料电池新材料)。

7. 先进生物技术领域的未来材料

为提高生活品质、建设健康社会,开发多器官功能协调材料、针对性治疗自主控制材料、模拟生命体的压电材料、靶向治疗自主控制材料等9种未来材料。到2035年的技术目标包括:替代人体机能(替代或再生人体机能的材料);提高生活品质(康复或增强人体机能的材料);健康社会(预防、预测、诊断、监测相关材料)。

8. 航空航天领域的未来材料

为研发下一代航空航天技术,开发超轻量高强度复合材料、增材制造轻量金属材料、超耐热陶瓷基复合材料、转化太阳能的超轻量材料等11种未来材料。到2035年的技术目标包括:高性能(超轻量、高强度、高韧性材料);极端环境(应对宇宙环境的材料);工艺创新(定制型材料);环保(低噪音材料、能够多次进入大气层的飞行体材料)。

9. 下一代通信技术领域的未来材料

为实现超高速通信、推出下一代通信融合服务,开发高散热低介电损耗高分子混合材料、用于5G和6G超高速通信的金属材料、强诱电体光子学材料、低损耗金属材料等8种未来材料。到2035年的技术目标包括:超高速(超高速通信材料);超低损耗(将信号损失最小化的通信新材料)。

10. 量子技术领域的未来材料

为研发量子技术、量子传感、量子通信原创技术,开发超导材料、超高纯度量子级别新材料、准粒子材料、多功能临界材料、量子光学零部件材料等8种未来材料。到2035年的技术目标包括:最小错误(可视化量子纠缠新材料);高性能(用于高性能量子器件的新材料);达到极限(超高灵敏度量子材料)。

11. 人工智能和先进机器人领域的未来材料

为研发人工智能应用材料、实施类人机器人计划,开发多功能人工肌肉材料、高可信度器官监测传感器、无铱催化材料、切断危险要素的超轻量材料等10种未来材料。到2035年的技术目标包括:人工智能新材料设计(100%应用人工智能技术的新材料);高性能(实现人工肌肉和感知的高性能材料);高可信度(应对极端环境的超轻量高强度材料)。

针对12大国家战略产业,着力推进50项重点技术

近年来,韩国政府对战略性新兴产业保持高度关注,2021年度研发经费投入占GDP比重为4.96%(中国为2.44%),继以色列之后,居全球第二。同期,韩国研发人员数量,继中国、美国、日本之后,全球排名第四;每千名人口中研发人员数量居全球首位。

2021年12月,韩国政府将10个领域的技术,指定为“国家必需战略技术”。

2022年10月,韩国政府发布《国家战略技术培育方案》,在这10个战略产业基础上,新增“下一代移动出行、新一代核能”两大产业,最终形成12大国家战略产业,并将其划分为三大类型,包括创新引领型、未来挑战型、必需基础型。同时,针对12大国家战略产业,具体提出在这些领域着力推进的50项重点技术。

一、创新引领型国家战略产业

1. 半导体和显示器

具体包括8项技术:高性能、低功耗人工智能半导体;无机电致发光显示器;新一代传感器;电力半导体;半导体和显示器材料、零件、装备;半导体尖端封装技术;自由形态显示屏;高集成度存储器。

2. 二次电池

具体包括4项技术:新一代二次电池材料;二次电池的再利用;二次电池模块和系统;锂电池及核心材料。

3. 下一代移动出行

具体包括3项技术:电动汽车和氢燃料汽车;自动驾驶系统;城市空中交通(uam)。

4. 新一代核能

具体包括2项技术:先进核能系统;小型模块化反应堆(SMR)。

二、未来挑战型国家战略产业

5. 先进生物技术

具体包括4项技术:数字健康数据分析和利用;细胞和基因疗法;合成生物学;传染病疫苗研发。

6. 宇宙太空及海洋

具体包括5项技术:月表探测;大型多级燃烧循环发动机;尖端航空燃气涡轮发动机;宇宙观测与遥感;海洋资源探索。

7. 氢能

具体包括3项技术:水电解制氢;氢能储存和运输;氢能燃料电池。

8. 网络安全

具体包括4项技术:数据和人工智能安全;新兴产业与虚拟现实融合安全性;数字漏洞分析与响应(供应链安全性);网络和云计算安全。

三、必需基础型国家战略产业

9. 人工智能

具体包括4项技术:先进的人工智能建模、决策(认知、判断、推论);高效学习和人工智能基础设施(软件/硬件)现代化;安全可信的人工智能;应用于工业的创新人工智能。

10. 下一代通信技术(5G/6G)

具体包括5项技术:6G;5G和6G卫星通信;5G和6G通信设备零部件;开放式无线接入网络(Open RAN);5G-Advanced。

11. 先进机器人和制造

具体包括5项技术:机器人自主移动技术;高难度自主操控;人机交互;虚拟制造;机器人相关零部件和软件。

12. 量子技术

具体包括3项技术:量子通信;量子传感;量子计算。

韩国推出《国家战略技术培育方案》,一方面是为了“确保未来增长”。《方案》指出,“科技是韩国经济增长和国家竞争力的源泉”,但韩国当前“正面临着数字化转型和技术霸权的系统性变革”。另一方面,更重要的是,国家战略技术已经上升到技术主权安全和外交层面。《方案》开篇即指出,“从最近美国限制半导体出口等技术霸权竞争事例中可以看出,科学技术已经超越了单纯的技术,成为左右国家经济、产业,乃至国家间同盟和外交的核心要素”。

推动成果应用型研发,构建良好的研究环境

1. 构建强有力的研发推进体系

包括:成立未来材料官民协商委员会,通过研发资助机构、研究机构、企业、政策专家等相关主体的合作与交流,建立研发推进体系;加强对未来材料研发的全周期支持;成立各战略技术领域专业委员会,负责相关研发项目和综合分析。

2. 打造材料价值链

包括:为有效解决供应链问题,以材料价值链为基础成立各领域专业委员会;鼓励大学、政府拨款研究机构、有需求的企业和供应企业参与,制定符合原创材料技术、零部件、建模、产品等发展实际的未来材料目标。

3. 持续发掘材料技术难题

包括:为支撑国家战略技术,推动专业委员会与各领域国家技术战略中心合作,发掘战略技术相关难题;每年针对发掘出的难题展开讨论,根据讨论结果适时更新未来材料目录和技术目标。

4. 设立材料中心

包括:为研发新材料和替代性材料,设立材料中心,负责采集、生成和使用数据,包括计算科学、测定分析、工艺、实验等领域的数据;在100种未来材料中选出将重点利用人工智能技术的课题给予支持;综合分析和评估全球需求和供应、国内企业占有率、获得材料的条件等,选出替代材料。

5. 利用数字技术推动材料研究与创新

包括:优化用于采集、管理和使用材料研究数据的平台——K-MDS,利用大数据和人工智能技术,开发能源和环境、智能和信息技术、结构和安全等领域的新材料;于2023年内制定《材料研究数据利用战略》,推动材料研究领域的数据利用、管理与分析;开发材料量子模拟和算法,准确模拟高分子结构和化学反应,找到最佳组合,创造创新成果;建设智能材料研究室,利用智能机器人缩短研发时间和成本。

6. 培养材料领域的数字复合型高级研究人才

包括:培养复合型人才,即同时具备数字化技能与领域技能的人才,如制定新材料与数字领域复合型硕博士研究人才培养方案、面向硕博士生提供定制型数字化教育培训、通过“人才+数据+人工智能”的研究方法培养人才等;培养青年科研人员,如鼓励不满40岁的青年科研人员主导未来材料研发、积极使用青年科研人员的创新性研究创意并吸引其参与国家研发计划制定等。

韩国发展未来产业经验对我国的启示

一、韩国发展未来产业经验

1. 利用民意调查在未来产业领域形成共识。民调现已成为韩国政治生态中影响民众认知的重要工具,也是引导舆论和建构话语权的重要手段。2022年韩国知识产权局(KIPO)发布未来战略产业技术民意调查结果,公布了民众选出的“改变韩国未来的十大发明技术”,以确定民众在培育未来韩国战略产业技术领域的统一共识。调研结果显示,排名前十位的技术领域分别是:人工智能(投票占比 15.1%)、机器人(13.8%)、未来汽车(10.4%)、 氢气(8.3%)、能源(8.1%)、生物科学(7.5%)、宇宙航天(6.3%)、 新材料(6.1%)、电池(5.5%)和半导体(5.2%)。据悉,韩国将根据调查结果大力发展相关产业,比如韩国新政府已选定人工智能作为未来战略产业技术领域之一,选定机器人技术作为中长期展望的技术领域,同时,韩国也为确保其在未来汽车核心领域的标准专利而积极提供支持。

2. 政策与投资双管齐下促进未来产业发展。一是提供共担成本、税收优惠和长期贷款等政策支持。2021年,韩国为构建“K半导体产业带”,宣布承担电力设施建设成本的一半,芯片研发 投资可抵免40%-50%税收,同时还设置了1万亿韩元的长期贷款。二是以政策与投资带动企业投资。2019年,韩国政府《制造业复兴发展战略蓝图》中提到,计划注入8.4万亿韩元用于国家“三大创新增长产业”的研发,该政策也将带动私营企业投资总计180万亿韩元。三是以重点投资进行针对性补链。在2022年预算案中,政府计划拿出2400亿韩元用于系统半导体领域的研究,三星计划在2030年前增加对系统LSI 和晶圆代工业务的投资,总额将达到171万亿韩元。此外,政府还单独设立200亿韩元的特别预算,用于“三大创新增长产业”及纳米产业材料、零部件和设备的研究开发。四是改变未来产业投资战略。2009年韩国在《新增长动力规划及发展战略》中提出,在未来产业和新兴产业方面,首先会由政府出面投资,完善相关技术和产业政策、支持核心技术创新和基础技术突破,并在此基础上引进民间投资,为产业发展提供资金保障。同时,还将扩大投资覆盖领域,加大对研发项目经费的监管力度。

3. 以电子信息等产业为核心带动产业融合发展。早在2009年,韩国政府发布的《IT韩国未来战略》就提出,5年内投资189.3万亿韩元(约合1.035万亿元)发展电子信息核心战略产业,以实现信息产业与汽车、船舶、能源、航空、机器人和医疗等其他十大产业的融合。2019年,韩国政府在《制造业复兴发展战略蓝图》中提出,要以智能化、生态友好型和融合方式创新产业结构, 政府将在所有制造业部门推进基于人工智能的工业智能技术,到2030年将建造2000家“人工智能工厂”,以支持基于人工智能的服务,并促进关键软件、机器人、传感器和设备等智能制造设施 发展。同年,韩国发布了未来5年《政府中长期研发投入战略》, 其中也涉及信息通信、机械材料、能源和生命等未来产业,明确了以公共需求为中心的IT智能融合是投入方向之一。

4. 政产学研多方共同培育未来产业人才。一是基于企业需求培养人才。韩国产业部表示,今后将基于企业实际需求为其自主培养人才营造良好环境,推出需求企业事先参与项目,并制定灵活及时的支援计划推动项目重组,还将持续发掘制造、服务融合型人才等新的培养项目。二是增加多层次人才培养配额。韩国产业部计划扩大大学配额,并提供诸如学士、硕士、博士教育以及实践教育的支持。例如,政府计划在10年内培训36000名半导体行业人才,其中含14400名学术人士、7000名专业人才和13400名工作人员。三是加强多方合作培育创新人才。例如,2021年韩国启动了由韩国半导体产业协会主管,6所大学、41家中小企业、中坚企业和协会参与的半导体产业人才培养工程,计划5年内培养300名高级研发人员。同时,韩国产业部还与韩国产业技术振兴院、韩国电子信息通信产业振兴会、韩国汽车产业协会和韩国汽车研究院等六家机构签署合作协议,培育未来汽车创新人才。


二、对我国的启示

就目前来看,未来产业的发展整体上处于起步阶段,主要国家和地区纷纷依托其主导产业、战略新兴产业以及前沿优势技术,对未来产业展开了相关布局。韩国动用一切力量推动半导体、未来汽车和生物健康“三大创新增长产业”发展,力争在2025年前将这三大产业的竞争力提升至世界第一。中国也重点围绕类脑智能、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天开发和氢能与储能等领域谋划布局未来产业。通过分析韩国未来产业发展现状与经验,就提升中国未来产业竞争力提出了以下三点建议。

1. 强化国家层面的顶层设计和整体统筹。一是建设国家未来产业发展战略咨询机构。前期工作聚焦于对未来产业发展方向的预测与研判,构建细分领域的产业成熟度动态评估体系,为国家和地方适时调整重点发展方向提供指引。二是尽快制定中国未来产业发展战略规划。明确未来产业的重点发展方向、区域布局、发展主体、重点任务、要素保障和监管要求等内容,科学制定阶段性目标并进行任务分解,制定重点领域的专项发展规划和技术路线图。三是创新和完善未来产业发展的支持政策。研究包括产业政策、财税政策、金融政策、土地政策、人才政策和知识产权政策等在内的未来产业宏观政策体系,针对重点领域方向、不同阶段中制约产业发展因素,分类分阶段精准施策。

2. 推动未来产业融合集群发展。一是带动未来产业智能化融合发展。以人工智能等产业为核心,催生生物医药、量子信息、深海空天和新材料等未来产业领域的融合创新范式。二是促进未来产业规模化发展。加快培育未来产业核心企业,以重大项目为引领,推动未来产业相关产业链企业集聚发展,加快未来产业的培育。三是鼓励先行先试。支持粤港澳、长三角、京津冀和成渝等科技创新资源密集地区率先打造未来产业先导试验区,开展产业培育试点示范。

3. 完善未来产业人才“引培用评”体系。一是创新人才机制。加大对未来产业重点领域基础性研究、共性技术研究人才的支持力度,建立与未来产业发展相匹配的特殊人才选拔和评价机制。二是加强人才培养。鼓励高校加快未来技术学院、未来产业研究院和未来技术实验室等科研院所建设,科学设置未来技术相关学科。支持以企业为主体开展前沿科技人才培育的模式创新,打造“科-教-产”融合的未来人才培养体系。三是抓好人才引进。鼓励国内外高端人才流动和引进,聚焦关键基础理论、前沿科技等人才缺口较大的领域,进一步完善薪酬激励、住房、医疗和子女教育等方面的配套措施。

本文作者:材料委天津院
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