黨的二十屆三中全會審議通過的《中共中央關于進一步全面深化改革、推進中國式現代化的決定》明確提出，“建立未來產業投入增長機制”“引導新興產業健康有序發展”。今年初，工業和信息化部等7部門聯合印發《關于推動未來產業創新發展的實施意見》（簡稱《實施意見》），提出重點推進未來制造、未來信息、未來材料、未來能源、未來空間和未來健康六大方向產業發展。未來材料在傳統產業升級和未來產業培育中具有重要地位和影響。石化行業作為材料的重要供應行業，亟須在未來材料的產業、產品、技術和投資上進行具有創新性和接續性的戰略布局。
本版文字由 中國石化集團經濟技術研究院有限公司 竇悅珊 提供
什么是未來材料？
石化行業需要加快布局未來材料發展
    新一輪科技變革助推全球積極布局未來材料，發展未來材料將直接關系一個國家未來較長時期的產業鏈供應鏈安全，以及科技和產業的全球競爭力。因此，發展未來材料是我國把握新一輪科技革命和產業變革機遇的關鍵，是培育新質生產力的戰略選擇，也是國家重大戰略需求和人民美好生活的需要。
    國外石化企業正積極入局未來產業，搶占競爭制高點。隨著產業技術的快速升級和傳統石化行業競爭壓力的不斷加大，行業內包括巴斯夫等石化企業，近年來都已著手下一代產業技術和材料的布局。例如，2023年，德國巴斯夫與長三角物理研究中心合作研發固態電池技術，布局新一代具有顛覆性的未來電池技術和固態電解質材料；美國3M公司成功研制出具有引領性的生物材料膠原人工皮膚，布局高端醫療領域，有望在人形機器人上應用；日本住友化學入局新型顯示領域，攻關以藍色熒光材料為代表的OLED（有機發光二極管）發光材料，在未來顯示領域爭取一席之地。
    國內石化行業缺少未來材料布局作為戰略接續。近年來，我國石化行業在化工新材料、高端材料領域積極布局，但目前的材料發展模式主要以跟隨式研發和投資為主，且正向大宗化快速發展，如果以10~15年產業化周期計算，投產時將有近半產品失去高端化材料的超額利潤，我國石化行業亟須在未來材料領域超前布局，實現接續發展。
對石化行業發展未來材料的建議
    全球科技和產業競爭格局加速重塑，前瞻預判前沿技術和顛覆性技術、謀劃布局未來材料發展成為打造國家競爭新優勢的關鍵。石化行業亟須關注未來材料在未來產業中的發展潛力，研究相關技術現狀與未來發展要求、研究基礎、面臨問題等，側重于與我國石化行業現有產業、技術、產品銜接，并合理布局，提出適合我國石化行業發展的未來材料與技術。同時，重視市場接續問題，從我國石化行業具有優勢研究基礎的材料與技術中，挖掘有潛力向未來材料進行升級替代的材料與技術。二者相互結合、相互補充，實現向中高端市場要空間、向未來市場要增量，加快提升市場競爭力，抓住石化行業的新一輪市場機遇期。
    建議一 著眼能源革命和石化轉型，先聚焦于短期迫切關注的交通電氣化技術要求和綠色低碳化生態要求，再延伸至中長期的交通出行低空化，要積極布局固態電解質、超輕碳纖維預浸料等未來材料和固態電池、動力電池回收、仿生合成橡膠等技術。
    截至2023年，我國新能源汽車產銷量占全球比重超60%，已成為全球新能源汽車發展大國。在新能源革命的推動下，具有潛在顛覆性應用的新材料涌現。電池作為新能源汽車的“心臟”，其技術更迭對新能源汽車的發展至關重要。全固態電池采用全新的固態電解質，摒棄了傳統鋰離子電池中的液態電解質，這一變革能顯著提高電池的能量密度與安全性，引領未來電池技術的發展方向，其中顛覆性技術的核心在于固態電解質的研發，包括氧化物基、硫化物基和鹵化物基等。除了固態電池，有機-無機雜化鈣鈦礦材料作為太陽能電池的吸光材料，因消耗的資源更少，在超薄及柔性能源領域有著廣闊的應用前景。多電子體系電池已被應用于傳統的鋰離子電池和其他新型二次電池領域，鋰空氣電池和鋰硫電池有望實現比當前鋰離子電池高2~10倍的能量密度突破。隨著儲存與運輸高密度氣體燃料的新材料、先進生物質廢物轉化為能源等技術的發展，有望突破氣體燃料應用部署的技術障礙，有效降低中型和重型氣體燃料車的成本。
    隨著新能源汽車產業的爆發式增長，動力電池將迎來大規模“退役潮”，要重點做好退役電池無損檢測、資源高值化利用、先進工藝推廣等工作，攻克梯次利用和拆解利用回收技術，這將使我國在全球關鍵礦產和綠色轉型的競爭中具有關鍵優勢。與此同時，我國也是全球最大的動力電池產銷市場，供應鏈優勢明顯，未來電池回收市場規模增量空間巨大。
    伴隨我國汽車保有量的快速增長，地面交通擁堵問題日益嚴重，利用低空資源探索空中交通新模式成為未來先進高效航空裝備發展的方向，電動垂直起降航空器便是其中之一。為滿足其輕量化要求，機體結構采用超輕碳纖維預浸料，且碳纖維在機體結構的應用重量占比達80%，這對先進碳纖維復合材料的生產合成技術提出了非常高的要求。此外，圍繞下一代大飛機發展，亟須突破天然橡膠這一原材料對高端航空輪胎發展的制約。中國科學院長春應用化學研究所通過模仿天然煙片橡膠的精細結構，在合成橡膠分子鏈上以特殊的方法嵌入蛋白質和磷脂，攻克了連續聚合工藝和工程技術，制備出了批量化仿生合成橡膠，實現了仿生橡膠合成技術的重要突破，標志著將天然橡膠從農產品變成工業品。未來，還將致力于不斷升級仿生合成橡膠技術，推進仿生合成橡膠材料國產化。
    建議二 著眼于科技革命和產業變革，從以半導體為人工智能的發展基礎，到量子信息、類腦智能等深度賦能，再到腦機接口、人形機器人等應用終端，要積極布局環境友好型電子特氣、柔性基材、“活體皮膚”等未來材料和量子技術、（柔性）電極技術等。
    半導體作為人工智能時代的核心基礎材料，高效支撐人工智能的場景應用。半導體關鍵材料包括光刻膠、清洗和刻蝕試劑等，是我國被“卡脖子”的材料之一。在光刻膠領域亟須攻克活性單體的分子設計和構效關系、配方對光刻加工精度的影響這兩個關鍵技術，突破14納米節點以下工藝；貫穿晶圓制造始終的電子特氣，參與清洗、刻蝕等環節，不僅技術壁壘高，且普遍存在大氣壽命長、全球暖化潛勢高等問題。其中，電子級碳酰氟具有零消耗臭氧潛能值、低全球變暖潛能值、低大氣壽命等優點，4N級羰基硫可代替難以降解并具有溫室效應的氟化物蝕刻氣，均屬于工業和信息化部發布的《中國制造2025》十大重點發展領域技術路線圖提出的關鍵材料。受制于制備和純化技術，目前，我國布局企業數量少，行業發展相對緩慢，尚未實現以上環境友好型電子特氣的大規模工業化生產，未來將有較大的進步空間。
    此外，隨著硅基集成電路技術向摩爾定律極限發展，新型半導體材料與硅材料的結合將有利于突破硅的極限，更好地兼顧硅基集成電路的經濟成本優勢。絕緣體上硅、硅基化合物半導體、新型相變材料、阻變材料、自旋電子材料、寬禁帶碳化硅、氮化鎵、超寬禁帶半導體氧化鎵、金剛石等是目前成熟硅基集成電路和砷化鎵基半導體功率器件的重要補充和未來的發展方向。碳納米管將成為后摩爾時代頗具潛力的新型半導體材料，可在短期實現碳基傳感技術等高性能、中集成度的應用，在長期實現碳基射頻電子、特種芯片，甚至超大規模碳基數字集成電路等高性能、高集成度的應用。
    人工智能的發展將深度賦能未來信息。2024年全國“兩會”上，“量子技術”成為熱詞。量子信息技術可分為量子計算、量子通信和量子精密測量三大分支，目前我國在量子通信上處于領先地位，包括下一代移動通信、衛星互聯網和量子計算等技術。其中，隨著6G等更為先進的移動通信技術發展，將提高對材料電磁屏蔽能力、傳輸速率等的要求，帶動新型導電橡膠、涂料、覆銅板樹脂等材料的市場需求。
    量子等計算機技術的創新突破，也將加速類腦智能、大模型等智能產業的發展，推動人工智能技術賦能新型醫療服務，研發人形機器人、腦機接口等高端醫療裝備，建立超大規模新型智算中心。作為生物智能與機器智能融合的關鍵性技術，腦機接口可以在大腦與外部設備之間建立直接的信息通道，實現“意念”控制。其中，柔性電極的微型化、柔性化和高通量特性可解決傳統硬質電極在應用中的電極移位、免疫反應劇烈等問題，如蠶絲蛋白與MEMS（微機電系統）電極結合的多模態電極、基于光刻技術的人工合成高分子組織支架電極等。除了對電極本身材料與技術的要求，腦機接口配套的系統和元器件集成同樣至關重要，從局部場電位信號采集到神經元信號的升級，整個腦機接口技術都在不斷演進。
    而人形機器人作為未來產業的先鋒之一，有望繼計算機、智能手機、新能源汽車之后，成為下一個顛覆性的科技產品。為呈現更加真實的人造皮膚，已有的硅橡膠材料、乙烯基材料和聚氨酯將被一類新型“活體皮膚”取代，即用膠原蛋白和人真皮成纖維細胞結合角質形成細胞的人類皮膚細胞覆蓋表面，塑造皮膚組織。這種“活體皮膚”的厚度與人類皮膚相當，會像正常皮膚一樣起皺，具有足夠的強度、彈性、防水性及自我修復能力。此外，為滿足加快行走速度和提高靈活性等需求，輕量化材料PEEK（聚醚醚酮）將替代金屬材料用于制造“人體骨骼”、高性能塑料零件等，對整體平衡及全身控制起到關鍵作用。隨著人工智能、機器學習等技術的不斷發展，人形機器人的智能化水平將不斷提高，應用場景將會不斷拓展，整體市場規模將呈現指數級增長，將對未來材料的發展提出更高的要求。