新材料技術總述

新材料技術產業(yè)化綜述國內概述1、前景新材料是高新技術及其產業(yè)發(fā)展的基礎和先導，它廣泛應用于信息、能源、交通、醫(yī)療等各個領域，處于高新技術產業(yè)鏈的上游。新材料的創(chuàng)新為下游產業(yè)的發(fā)展提供了機遇，可極大地帶動高技術產業(yè)的突破和發(fā)展，而下游高技術產業(yè)的發(fā)展又能極大地刺激和推動新材料產業(yè)的發(fā)展。以電子材料為例,單晶硅和其他半導體材料的問世和應用,奠定了微電子技術的發(fā)展基礎,而隨著電子信息產業(yè)的迅速發(fā)展,又極大地促進了半導體等電子信息材料技術及其產業(yè)的不斷發(fā)展。新材料產業(yè)的下游產業(yè)涉及廣泛，包括汽車、航空設備、通訊設備、家電、IT行業(yè)以及房地產、交通運輸、城市建設等諸多領域。以上領域目前正處在高速發(fā)展時期，對新材料的需求巨大。以電子、光電領域需求為例，到2010年，我國所占世界的市場份額約為10%，即我國光電子產品的年總產值將達到2000億元人民幣，由此將極大增加對集成電路材料、敏感元器件材料、光導纖維、磁、光記錄材料的需求，而我國大直徑硅片、大容量光纖、敏感材料等方面，需求大而產量低，大部分依賴進口，這為新材料行業(yè)的發(fā)展提供了歷史機遇。再以磁性材料行業(yè)為例，我國稀土資源非常豐富，稀土永磁材料的發(fā)展迅猛異常，全世界的年平均增長值為23%，而我國則高達60%。據(jù)預測，2010年我國的產量將達5.4萬噸，產值31億美元，即使如此，也難以滿足市場需求，供給缺口巨大。根據(jù)“十五”計劃彩色電視機、移動電話、固定電話機、計算機、汽車、摩托車等對磁性材料總計需求量高達310873噸，而到2005年，我國磁性材料預測最大產量只有153980噸，缺口高達156893噸。2、政策與基地新材料是高新技術產業(yè)的重要組成部分，是其他高新技術產業(yè)發(fā)展的先導和支撐。新材料的發(fā)展不僅將促進高新技術產業(yè)的形成與發(fā)展，同時還將帶動傳統(tǒng)產業(yè)和支柱產業(yè)的改造和產品的升級換代，因此國家歷次科技發(fā)展規(guī)劃都把新材料作為優(yōu)先發(fā)展的領域，不斷加大對新材料領域的支持力度。國家先后通過國家計委高技術產業(yè)化新材料專項、國家科技攻關計劃、火炬計劃、863計劃、973計劃、國家自然科學基金、中小企業(yè)創(chuàng)新基金等七個項目大力支持新材料行業(yè)的發(fā)展。同時，國家還加大對新材料產業(yè)科技攻關經(jīng)費的支持，2003年投入的經(jīng)費在5億元以上。為推進新材料產業(yè)的發(fā)展，科技部批建了一批新材料產業(yè)化基地，這是繼高新技術開發(fā)區(qū)之后的又一促進科技成果轉化及產業(yè)化的有效形式。自1995年海門被列為第一個火炬計劃國家新材料產業(yè)基地以來，目前已在全國的20個省市建立了37家區(qū)域性新材料產業(yè)基地，僅2003年科技部就批準建立了“新材料產業(yè)基地”20家。3、各地近年來，北京、上海、深圳、天津、浙江、江蘇、山東等省市，都將新材料產業(yè)列為高新技術產業(yè)發(fā)展的重點領域，紛紛制訂產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，出臺相應的扶持政策，新材料產業(yè)正處于一個全新的發(fā)展時期。目前，從全國來看，新材料產業(yè)發(fā)展領先的前三個省市分別是北京、上海和深圳，三地的新材料產業(yè)的工業(yè)總產值的增長率都在20％以上。2002年上海的新材料產業(yè)的工業(yè)總產值已達到了425億元（包括鋼鐵、化工等行業(yè)的新材料產品產值），深圳的新材料產業(yè)的工業(yè)總產值也有64.32億元。另外，三地還集中了12家新材料的業(yè)績優(yōu)良的上市公司，它們已成為推動三地新材料產業(yè)快速發(fā)展的主導力量。從表1所列發(fā)展規(guī)劃來看，它們的發(fā)展方向既體現(xiàn)了各自新材料產業(yè)的比較優(yōu)勢，又基本涵蓋了目前最具現(xiàn)金流和未來最具競爭力的新材料領域，預計未來的幾年內京滬深三地的新材料產業(yè)仍將保持它們在全國范圍內的領先優(yōu)勢。表1：北京、上海、深圳的新材料重點發(fā)展方向地區(qū)重點發(fā)展領域北京光電子材料、新能源材料、納米材料及技術、超導材料及技術、釹鐵硼永磁材料、生物醫(yī)用材料、特種難熔合金及高溫材料、鈦合金精鑄技術、新型汽車材料、先進建材上海新型鋼鐵材料、新型化工材料、納米材料及技術、新型咼分子材料、復合材料、新型建材深圳新能源材料、納米材料、有機硅材料、永磁材料、高分子功能材料和復合材料4、資本市場截止到2003年12月末，全國范圍內共有55家以新材料為主營業(yè)務的上市公司，資本市場上新材

料板塊的表現(xiàn)引人矚目。下表2是部分重點新材料類上市公司的2003的業(yè)績情況。表2：新材料類的部分上市公司的業(yè)績名稱主導產品2003年每股收益主營業(yè)務收入增長2002年2003年浙大海納單晶硅等半導體材料0.132%-16%中鎢咼新鎢鉆合金材料0.225%8%東方鉭業(yè)電容器級鉭份和鉭絲0.05-66%6%安泰科技稀土永磁、功能材料、超硬材料、精細金屬制品、生物醫(yī)用材料0.3319%48%中科二環(huán)釹鐵硼永磁材料0.2826%45%皖維咼新高性能纖維材料0.1646%63%稀土咼科稀土金屬及其化合物0.09-4%65%鑫科材料銅基合金材料、金屬基碳纖維、復合材料、粉末材料0.1324%4%星新材料有機硅材料0.2435%56%天通股份軟磁鐵氧體材料0.3115%13%金瑞科技電子基礎材料、觸媒合金、超硬材料—0.0613%50%寶鈦股份鈦及鈦合金0.306%11%長園新材熱縮材料0.1636%31%廈門鎢業(yè)仲鎢酸銨、氧化鎢、鎢粉0.45-18%34%時代新材橡塑材料0.3653%31%廣東榕泰ML復合材料0.3327%8%太原剛玉釹鐵硼磁性材料0.026%28%津濱發(fā)展釹鐵硼永磁材、稀土永磁材料0.0352%1%中國化建玻璃纖維等新材料0.2019%25%行業(yè)平均0.196421.8%31.4%從上表可以看出，2003年新材料類的上市公司的業(yè)績相當不錯，19家公司的平均每股收益接近0.20元，其中超過0.15元的有12家。除浙大海納外，2003年上表所列的新材料類的上市公司保持了十分強勁的增長勢頭，19家公司內有12家的主營業(yè)務收入的增長速度超過了20％，其中皖維高新高達63％。新材料類上市公司的迅速成長吸引了資本市場的廣泛關注，早在2002年安泰科技就入選了深圳成分股。光電子材料（一）國際光與電的結合是促成全球信息構架的基本科技，靠電子與光子共同完成信息的獲取、傳輸、儲存顯示、處理的材料稱之為光電子材料。隨著信息技術向數(shù)字化、網(wǎng)絡化的方向迅速發(fā)展，超大容量信息傳輸和超高密度信息存儲、超快實時信息處理已成為信息技術追求的目標。因而電路正向高集成度，小線寬的方向發(fā)展；電子元器件正向微型化、多功能化、模塊集成化的方向發(fā)展。因此，信息的主要載體也逐漸由電子器件向光子器件演變，發(fā)展光電子材料和器件，特別是以半導體微結構材料為基礎的光電子技術是信息技術發(fā)展的關鍵，使得光電子材料成為新材料發(fā)展最活躍的領域之一。各國的研究結構、大學和各大跨國公司都投入大量的人力物力進行研究開發(fā)，并在光通信、光顯示、光儲存、全固態(tài)激光器和強光應用等方面取得了進展。預計到21世紀中期，光電子產業(yè)將超過電子產業(yè)的規(guī)模和影響。目前，信息光電子技術正處在由“分立器件”走向“集成芯片”的轉折期，發(fā)展趨勢是：體器件向波導器件發(fā)展，單個器件向陣列化發(fā)展，分立器件向集成化發(fā)展，固定參數(shù)器件向可調諧器件發(fā)展，手工組裝向自動化組裝發(fā)展。相應地，光電信息功能材料的發(fā)展趨勢是：材料結構由體材料發(fā)展到薄層、超薄層微結構材料，而且材料器件一體化趨勢明顯，正在向功能集成芯片和納米結構材料方向發(fā)展，材料系統(tǒng)由均勻向非均勻、由線性向非線性和由平衡態(tài)向非平衡態(tài)發(fā)展，材料生長制備的控制精度向單原子、單分子尺度發(fā)展。1、高亮度發(fā)光材料以砷化鎵為代表的化合物半導體材料是最重要的光電子材料之一，發(fā)光二極管（LED）及激光二極管（LD）是其最重要的應用之一。紅、綠、藍發(fā)光器件（LED和LD）具有體積小，耗電少，壽命長及可靠性高等特點，廣泛用于全色顯示、高密度信息存儲、交通信號燈和剎車燈、家電、儀器、儀表指示等方面，市場容量巨大。其中光顯示技術在信息產業(yè)中占據(jù)著十分重要的位置，包括無機發(fā)光二極管（LED）、液晶顯示（LCD）、陰極射線管技術（CRT）以及近年來發(fā)展迅猛的等離子體（PDP）、場致發(fā)射（FED）和有機發(fā)光二極管（OLED）等新型平板顯示技術。而平板化已成為顯示技術的發(fā)展趨勢，預測5—10年內，PDP、FED和OLED有可能分別成為40英寸以上、20—40英寸以及20英寸以下顯示應用領域的主要產品。全球高亮度LED銷售額預計2005年為45億美元，2010年將達200億美元。目前，日美兩國幾乎壟斷了高亮度LED市場，其中日本日亞公司占有59%的份額。近期美國Cree公司已成功地在SiC單晶襯底上制備出InGaN藍色和綠色LED，使其亮度提高了一倍，并實現(xiàn)了商品化。不斷提高發(fā)光效率和功率，降低成本，研制可用于照明的白色LED是LED研發(fā)的最終目標，也是舉世的熱點。目前通過光學方法，混合紅、綠、藍LED或是在藍色LED上加熒光體的辦法，雖然也可以產生白光，但每流明的價格要比普通百瓦燈泡高兩個數(shù)量級。所以LED目前只能在低功率的應用中使用，要取代白熾燈用于普通照明，GaN基LED材料技術的突破將起到很關鍵的作用。在九十年代有機發(fā)光二極管?LED）的發(fā)展速度差不多和LED一樣快，但在高亮度和可靠性方面還遠遠不能和LED相比，目前主要用于室內和車內顯示，它是LCD的未來競爭者。激光二極管（LD）是化合物半導體光電子材料的另一個重要應用領域，由于其效率高（60%）、體積小、可靠性好和價格低等優(yōu)點，日益廣泛應用于光通信、光存儲及全固態(tài)激光器①PL）等方面。可見和紫外全固態(tài)激光器（DPL）在大屏幕顯示、光儲存、和深紫外光刻等方面具有誘人的應用前景。2、人工晶體材料光電子材料的研究是信息時代光電子技術應用的基礎，而人工晶體的研究在其中起著中心作用。目前在光電子領域應用的人工晶體材料可簡單地分為激光晶體和非線性光學晶體兩大類，是高速光纖通信系統(tǒng)和新一代激光系統(tǒng)的基礎材料。（1）激光晶體：主要包括Nd：YAG、Nd：YV04、Ti：A1203、LiSAF和LiCAF等，其中YV04類晶體廣泛應用于高速光纖通信DWDM系統(tǒng)中大量使用的光隔離器。（2）非線性光學晶體：主要有BBO、LBO、CLBO、KDP、DKDP和新型深紫外倍頻晶體等。其中LiNbO3晶體廣泛應用于高速光纖通信DWDM系統(tǒng)中大量使用的光調制器和光波導系統(tǒng)，以擴展激光的有限光譜范圍；非線性光學晶體也是開發(fā)新一代激光器一一全固態(tài)激光器（DPL）的基礎材料。3、高速信息傳輸和光纖通信領域在信息技術中，光子作為信息載體來實現(xiàn)信息的產生、傳輸、存儲、顯示和探測處理，不僅響應速度快，而且信息容量大，比電子通信載體提高了三個數(shù)量級。光電信號轉換能力和電子線路速度的限制構成了當代全球骨干通信網(wǎng)絡和高速信息處理的瓶頸，因而發(fā)展以半導體微結構材料為基礎的光電集成和光子技術，突破信息網(wǎng)絡和高速信息處理中的瓶頸，是21世紀初面臨的最重大的科學挑戰(zhàn)之一。以單信道高速系統(tǒng)為基礎，波分復用和時分復用等先進的多信道光纖通信系統(tǒng)疾速發(fā)展，全光網(wǎng)和智能光網(wǎng)將成為現(xiàn)實。光電子器件，包括光收發(fā)器件、光復用／解復用器、光放大器與光色散補償器、全光節(jié)點器件以及低成本、小型化的光接入網(wǎng)專用器件等已成為世界上競爭的關鍵技術。（二）國內國內在光電子材料與器件領域已經(jīng)實現(xiàn)了量子阱材料和器件、DFB激光器、光電集成芯片和光子集成芯片等關鍵技術上的突破，進而研制成功了用于高速光通信、光存儲和光顯示等領域中的幾十種關鍵器件，并實現(xiàn)了商業(yè)化。在863計劃的支持下，在光電子領域已經(jīng)形成了北京、武漢、石家莊、深圳、長春和上海六大科研成果轉化產業(yè)基地，初步形成了我國光電子產業(yè)高科技企業(yè)群：武漢基地：基地近年連續(xù)數(shù)屆進入我國“高科技百強企業(yè)”產品中用于光開關的半導體光放大器開始批量供應國際市場，2.5Gb/s的SDH光收發(fā)模塊已經(jīng)全面達到國際同類產品的各項技術指標。深圳基地：深圳市把光電子產業(yè)的發(fā)展放在很重要的地位，現(xiàn)承擔課題任務的企業(yè)有深圳開發(fā)、飛通等四家，并正在擴大。摻鉺光纖放大器、DWDM復用/解復用器，以及藍光LED正在進入量產階段。長春基地：半導體激光器泵浦的綠激光器項目已經(jīng)列入國家計委的“國家產業(yè)化示范工程”項目。石家莊基地：先后引資成立了匯能公司和立德公司。匯能公司已經(jīng)具備了大規(guī)模生產高亮度紅、黃、橙發(fā)光二極管外延材料的能力。立德電子有限公司主要從事超高亮度發(fā)光管產業(yè)，項目一期總投資7100萬，將達到年產高亮度發(fā)光管外延材料3萬片、芯片3億粒的規(guī)模。北京基地：在研究上以清華、北大和中國科學院半導體所的雄厚實力為依托，通過引資并引入現(xiàn)代企業(yè)管理機制，中科院半導體所光電子器件國家工程研究中心成立了海特光電子有限責任公司光電子工藝中心一部分與北京大學和外來資金成立了福創(chuàng)光電子股份有限公司。永磁材料（一）國際稀土永磁材料作為一種重要的功能材料，已廣泛應用于信息、能源、交通、機械等領域。其中，釹鐵硼材料最具優(yōu)勢，是目前發(fā)展的主流產品。在信息通信領域，如果說半導體集成電路的發(fā)明和應用給現(xiàn)代信息產業(yè)安上了大腦，那么高性能稀土永磁材料的應用則賦予了它活動行走的四肢和飛翔的翅膀。在現(xiàn)代信息社會中，每時每刻都需要進行大量的信息處理，如信息存儲、復制、傳輸?shù)?，磁性材料和半導體是完成上述功能的兩大最重要的基礎材料。釹鐵硼永磁材料廣泛應用于計算機通信領域，如計算機的硬、軟磁盤和VCD、DVD驅動器、CD-ROM、CD-PICKUP,無線通信用的傳呼機、移動電話，以及復印機、傳真機等。隨著電子信息產業(yè)的飛速發(fā)展，對稀土永磁材料的需求也越來越大。同時隨著材料性能的提高和價格的降低，其應用領域將越來越廣泛，為稀土永磁材料的進一步發(fā)展提供了廣闊的市場空間。在機械能源領域，電機的發(fā)展趨勢是微型化和高效化，微型特種電機（微特電機）是永磁材料的最大應用領域。使用稀土永磁材料釹鐵硼的永磁電機替代現(xiàn)有電機，不僅體積縮小，效率提高，而且?guī)盹@著的環(huán)保節(jié)能效果。目前全世界微特電機的年貿易額超過50億美元，微特電機的年產量已達30多億臺，而且仍在以10%的速度逐年穩(wěn)定增長。稀土永磁微特電機可廣泛應用于汽車，機床數(shù)控系統(tǒng)、電動工具、軍用機械部件、大型工業(yè)機械以及民用領域（如空調機、冰箱、洗衣機等）。在交通環(huán)保領域，現(xiàn)代汽車工業(yè)中是應用永磁材料的重要領域?，F(xiàn)在一輛汽車中約有70余處要用到永磁體，而且今后所用的永磁體會隨著汽車的電子化而越來越多，預計釹鐵硼永磁材料將占到其中60%的份額。使用稀土永磁材料釹鐵硼的永磁電機替代現(xiàn)有電機，不僅體積縮小，效率提高，而且?guī)盹@著的環(huán)保節(jié)能效果，現(xiàn)在世界各國正大力研制開發(fā)無污染的電動汽車，釹鐵硼永磁電機將是其中的重要組成部分。

在現(xiàn)代醫(yī)療領域，自八十年代中期釹鐵硼永磁材料的出現(xiàn)和發(fā)展，使永磁式MRI-CT核磁共振成像設備迎來了新曙光。采用最新釹鐵硼永磁，重量僅4-5噸，是傳統(tǒng)鐵氧體永磁的1/10，而磁場強度提高1倍，使圖像清晰度大大提高，并節(jié)省了大量原材料。稀土永磁材料自60年代發(fā)明以來已發(fā)展到第三代，釹鐵硼產值在永磁材料總產值中的份額由1970年的不到1%到1990年的超過10%，2000年達到45%。近年來，全球釹鐵硼市場增長率在15—25%之間，2002年全球釹鐵硼的需求量已達到2萬噸。（見圖1）世界稀土永磁釹鐵硼產業(yè)主要集中在日本、中國、美國和歐洲，日本的主要企業(yè)日本住友公司、信越公司、TDK公司，美國有美國通用汽車公司等3-4家企業(yè)，歐洲只有1家。行業(yè)特點是企業(yè)投資大、規(guī)模大，如日本住友公司一條生產線的月產量就能達到300噸，年產值2億美元。目前，世界上絕大多)噸(量產)噸(量產圖1世界釹鐵硼產量分布情況數(shù)探明儲量的稀土資源集中在中國，隨著全球制造業(yè)向中國的轉移，中國稀土材料制備過程的優(yōu)化及高端產品的開發(fā)與產業(yè)化將會是新世紀中國新材料產業(yè)發(fā)展的亮點。（二）我國現(xiàn)狀我國作為稀土大國，稀土永磁釹鐵硼在國際市場中占較大的份額。到了2002年，中國燒結釹鐵硼產量已經(jīng)占到世界總產量的40%，年平均增長率達43%；粘結釹鐵硼已占到世界總產量的18%?！熬盼濉逼陂g，在國家的大力支持下，我國稀土永磁產業(yè)化取得了巨大的成就，走出了一條具有中國特色制造工藝、中國特色的制造設備、低成本的中國特色的道路。同時，在市場競爭中出現(xiàn)了一批規(guī)模較大、效益好的企業(yè)。目前國內年產能力上百噸的企業(yè)有30多家，主要分布在北京、浙江和山西等地，而產能百噸以上的企業(yè)現(xiàn)已達10余家，其中寧波科寧達、寧波韻升在的2003年產能均在2000噸/年以上。中國科學院三環(huán)公司（中科三環(huán)）是目前中國最大的稀土永磁企業(yè)集團，其生產能力與產量占全國的1/4，全球名列第三。同世界水平相比，我國產品檔次低、附加值低，在一致性和耐用性上普遍低于國外產品，主要應用在低檔的音響設備、磁選礦設備以及日常磁化器上；而國外產品則大量用在永磁電機、計算機、核磁共振等高技術領域。因此中國稀土永磁材料的產量雖然接近日本，但產值不到日本的1/3。在未來10年的時間內，中國的稀土永磁釹鐵硼將在國際市場上贏得更大的份額。預計到2010年，我國燒結釹鐵硼磁體產量將達到7萬噸，占全球的75%；粘結釹鐵硼磁體產量達到1萬噸，占全球的50%；年產值將達260億元人民幣。因此應大力開發(fā)新型稀土永磁材料，將我國資源優(yōu)勢轉化為產業(yè)優(yōu)勢，帶動高新）噸（量產）噸（量產圖2全球和中國燒結釹鐵硼產量的增長預測圖技術產業(yè)及相關行業(yè)的迅猛發(fā)展。全球和我國燒結釹鐵硼產量的增長預測圖，見圖2。我國在生產釹鐵硼磁體方面遇到兩方面的障礙——專利制約和技術制約。專利制約：燒結釹鐵硼為日本住友專利，粘結釹鐵硼為美國GMQ專利，而購賣專利銷售權的條件非常刻苛。我國燒結釹鐵硼年產量已超過5000噸，幾乎占全球一半，但因受專利限制出口困難，產品價格尚不及國際市場的1/2。技術制約：由于技術上的困難，稀土粘結磁體成為我國稀土永磁生產中的薄弱環(huán)節(jié)，如粘結磁體因生產磁粉的技術不過關磁粉完全依賴從美國GMQ公司進口。新能源材料（一）國際能源和環(huán)境是人類面臨的兩個嚴峻問題，而能源問題仍然是影響生態(tài)環(huán)境的首要問題。隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，新能源產業(yè)將成為世界經(jīng)濟未來發(fā)展的奠基石。而能源材料又是新能源技術的關鍵同時，信息產業(yè)的快速發(fā)展也對儲能器件不斷提出新的要求，因此新能源材料已引起全世界的廣泛關注。其中充電電池技術是重點發(fā)展領域之一。美國巴特爾研究所將充電電池技術列為21世紀十大關鍵技術的第二位。充電電池屬于儲能器件，主要包括鋰離子電池和鎳氫電池，另外還有鎳鋅電池、金屬空氣電池等。同時，燃料電池作為新型清潔能源，也倍受關注。燃料電池包括質子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）、氧化物燃料電池（SOFC）。燃料電池在內燃機和微型渦輪中具有重要應用前景，其中質子膜交換燃料電池（PEMFC）目前最為矚目。1、鋰離子電池鋰離子電池是目前綜合性能最好的電池體系。正極主要是含鋰的過渡金屬氧化物（如LiCoO2和LiMn204）,負極主要是碳素材料（如石墨），電解質是含鋰鹽的有機溶液。由于它不含任何貴重金屬，原材料都很便宜，降價空間很大。鋰離子電池作為新一代的充電電池，近十年來迅速發(fā)展，以其高性能價格比優(yōu)勢在筆記本電腦、手機等移動電子終端設備領域占主導地位。Roskill咨詢集團公司曾預計2000年-2005年間，全球包括聚合鋰電池在內的鋰電池市場的需求將增長40%?？梢灶A見，鋰離子電池將是未來二次高能電池的主要發(fā)展方向?？偟陌l(fā)展趨勢是由小型電池向動力電池轉化，向性能更好、成本更低、更安全的方向發(fā)展。根據(jù)日本野村綜合研究所預計，小型鋰離子電池2000－2005年平均年增長9％；小型鋰離子動力電池預計2005年生產規(guī)模將達10億美元；大型鋰離子動力電池主要用于電動汽車，主要包括混合動力汽車（HEV）。與傳統(tǒng)的二次電池相比，鋰離子電池具有以下突出的優(yōu)點：工作電壓高：達到3.6V,是鎳鎘和鎳氫電池工作電壓的三倍，小型電子產品用一節(jié)電池即可滿足要求。比能量高（重量輕）：目前已達150wh/kg,是鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍。循環(huán)壽命長：已達1000次以上，在低放電深度下可達幾萬次，超過其他二次電池。自放電?。涸伦苑烹娐蕛H為6?8%，遠低于鎳鎘電池（25?30%）和鎳氫電池（15?20%）。無記憶效應：可以根據(jù)要求夠隨時充電，而不會降低電池性能。對環(huán)境無污染：不存在有害物質，是名副其實的“綠色電池”日本公司是小型鋰電池的主要制造商，目前，日本鋰離子電池的產量占全球的80%左右：SANYO電機公司計劃將月產能力由1500萬只提高到2000萬只。SONY公司2002年的鋰離子月產量預計維持在1500萬只左右，將增加聚合物電池的生產能力。松下電池公司守口工廠的月生產能力已達到1400萬只，主要生產薄型電池。NEC公司將加拿大MOLI工廠（專門從事PC用圓型鋰離子電池產銷）出售給臺灣的能元科技，在日本專門從事方形電池的生產，現(xiàn)產能300萬只/月。東芝公司已將A&T變成100%控股的子公司，目前的產能400萬只/月韓國的鋰離子電池生產以三星和LG為主。其中三星SDI在2002年將達1200萬只，LG化學月產300萬只，SKC目前月產150萬只左右。臺灣能元科技公司購買NEC-MOLI后，圓柱型電池月產300萬只，方形電池產能200萬只/月。美歐等國的產量非常小，美國有Polystor公司生產液體電池,Valence、Ultralife等公司開發(fā)聚合物電池，產量極其有限，法國SAFT公司的重點在于開發(fā)軍用和空間用電池。鋰離子電池材料是鋰電發(fā)展的基礎。它包括：正極材料、負極材料、電解液等。（1） 鋰離子電池正極材料正極材料正在從鈷酸鋰一枝獨秀向鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰并存的方向發(fā)展。錳酸鋰和鎳鈷酸鋰雖然有部分廠家進入小批量生產階段并應用于電池制造，但仍是研究、開發(fā)、試用階段，需要進一步改進。鈷酸鋰由于性能穩(wěn)定，技術成熟，繼續(xù)成為小型鋰離子電池的首選正極材料，預計在未來一段時間內不會有大的變化，而且越小的電池越傾向于鈷酸鋰。錳酸鋰與鈷酸鋰相比，其突出優(yōu)點是低成本和較好的安全性能，容量相對低一點，但對體積較大的動力電池而言并不構成明顯的弱點。目前應用的主要困難仍然是在較高溫度下的容量損失問題，對錳酸鋰進一步的研究工作仍在進行中。鎳酸鋰的突出優(yōu)點是容量高，原材料成本比較低。近年來大量研究工作集中于提高鎳酸鋰材料的安全性和穩(wěn)定性，已有多家公司試產以其為正極材料的電池。（2） 鋰離子電池負極材料負極材料方面，商用電池仍以石墨系材料為主，非碳/碳復合材料近期有較大突破，碳材料方面也在向多元化發(fā)展。非碳負極材料的研究，自富士膠片公司宣布開發(fā)基于氧化錫負極的鋰離子電池后成為研究熱點，部分接近實用水平。基于鋰合金形成機制的材料可儲存大量的鋰，具有比碳材料高得多的比容量。（3） 鋰離子電池電解液鋰離子電池關鍵材料的另外一個重要進步體現(xiàn)在電解液方面，新一代的電解液是根據(jù)電池的具體要求并根據(jù)所選正負極材料的物理化學特性來設計，高品質鋰鹽和高純有機溶劑是基礎，同時根據(jù)需要選擇不同的添加劑和溶劑配方。目前商品電池的電解質中起離子導電作用的無一例外是LiPF6的碳酸脂溶液，無論是液體電池、基于Bellcore技術的固體電池、還是膠體電解質電池，均以此作為基本電解質組成。電解液的進步為鋰離子電池多元化作出了實質性貢獻。2、燃料電池燃料電池是20世紀末興起的、被認為是21世紀最有希望替代石油的新能源技術，將成為未來環(huán)保汽車的主要動力。燃料電池包括燃料電極(氫氣或甲醇、天然氣等)和氧化電極(氧氣或空氣)。燃料電池是一種理想的、高效的能量轉換系統(tǒng)，同時也是一種清潔能源，可應用于工業(yè)及生活的各個方面，如燃料電池電站、電動汽車及民用電器等場合。根據(jù)電池中所用的電解質不同，目前已發(fā)展出五大類型：質子交換膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、高溫固體氧化物燃料電池(SOFC)、中溫熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)和磷酸燃料電池(PAFC)等。燃料電池及PEMFC電動汽車的市場空間非常廣闊，預計2010年北美市場每年銷售60萬輛低污染電動車，PEMFC電動汽車占50%，總銷售額150億美元/年。世界發(fā)達國家及各主要汽車公司都投入大量的人力物力進行氫燃料電池汽車的研究，以PEMFC為動力的各種型號的“零排放”汽車已在發(fā)達國家商業(yè)示范運行，預計3—4年后，將批量生產并投放市場。在研發(fā)方面，Ballard(巴拉德)公司目前處于領先地位，通用汽車公司、福特汽車公司、奔馳公司等大汽車企業(yè)也取得了一定的成績。(二)國內90年代末，我國鎳氫電池的發(fā)展也初具規(guī)模，出現(xiàn)了中山鎳氫電池及相關材料中試基地和遼寧三普、天津和平海灣、浙江中大、江蘇海四達等一批具備相當生產規(guī)模的鎳氫電池生產企業(yè)。我國從90年代開始有關高性能鋰離子電池的研究工作，幾乎與國際上同步。國內部分實驗室的工作已進入國際前沿，1998年獲得兩項關于鋰離子電池材料的發(fā)明專利，其中一項申報了國際專利。目前，小型鋰離子電池國內有深圳地區(qū)比亞迪(BYD)等公司手工生產具備2億只/年的生產能力，天津力神公司引進日本設備，形成3000萬只/年的生產能力，青鳥華光引進日本技術和設備，產能500萬只/年等。鋰離子電池的發(fā)展在上游將帶動設備制造、化工等產業(yè)發(fā)展，下游將促進微電子、電動汽車等產業(yè)的發(fā)展。目前在個別材料上有自己的獨特技術，電池技術總體上和日本仍有2年左右的差距，經(jīng)過“十五”的努力有可能縮小至1年，預計我國將形成年產6000萬只以上鋰離子電池的能力。手機替代電池塊基本已為國產電池占領，正在向和手機生產廠家直接配套方向努力。國內研制PEMFC的單位有4—5家，包括北京富原公司、中科院大連化物所、上海神力公司、清華大學核研院、天津大學。北京飛馳綠能公司是一家從事燃料電池的研發(fā)和生產的公司，2001年3月由北京、重慶共同出資組建。公司與清華大學核能研究院聯(lián)合，目前已開發(fā)出額定功率為150W、250W、5kW、6.5kW、18kW及30kW六種型號的燃料電池并擁有5項專利技術和21項專有技術，具有自主知識產權，能完成從研發(fā)到生產成品的全過程，處于國際先進水平。目前已向中間試驗階段過渡，已于2001年申請在中關村永豐高新技術產業(yè)基地建立燃料電池中試基地，現(xiàn)已進入規(guī)模生產階段。納米材料（一）國際納米結構具有奇異的物理、化學和機械等性能，它不但在醫(yī)藥衛(wèi)生、電子信息、制造業(yè)、環(huán)境與能源、國防軍工等方面有廣闊的前景，而且可形成高新技術產業(yè)群，加速實現(xiàn)傳統(tǒng)產業(yè)的改造和升級換代。因此，20世紀以來納米技術已是各國競相發(fā)展的重點領域。1、各國政府對納米技術高度重視各國政府對納米技術高度重視，其中發(fā)達國家對納米科技領域的投資集中在基礎設施建設和基礎技術發(fā)展上。美國能源部建成六座國家納米技術中心（每座投資在3000-5000萬美元以上），注重發(fā)展長期的、戰(zhàn)略性的研究項目，如納米電子器件、納米生物、納米探測儀器和技術等。從1999年開始，美國政府決定把納米科技研究列入21世紀前10年11個關鍵領域之一。于2000年2月出臺的“國家納米科技促進計劃”（NNI）為確保美國經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢并搶占相關領域的戰(zhàn)略制高點奠定了基礎。歐盟的第六框架計劃在2003~2006年期間投資7億歐元用于納米技術的科研工作，以增強在這一領域的競爭力，趕上美國水平。各國在納米科技及產業(yè)化方向的戰(zhàn)略重點不盡相同。美國相對側重于納米結構材料的合成、加工和表征；日本主要研究仿生材料、納米材料測量評估與加工；而德國則把產業(yè)化重點放在探索最新納米結構、超精細表面測量等方面。2、國際納米材料產業(yè)初具規(guī)模納米材料在國際納米科技發(fā)展上始終是產業(yè)化最迅速也是應用最廣泛、滲透力最強的領域之一。目前市場化和技術成熟度比較完善的是納米粉體、納米涂層和納米改性材料方面。其中很大一部分的核心技術是在納米粉體的特殊物理化學性質與功能的基礎上派生出來的，如，利用納米Ti02或納米ZnO粉末的防紫外線護膚用品；利用納米TiO2增強表面光潔度和反射效果、并可提高防腐與涂層粘結性能的涂料；利用納米防磨損涂層的刀具及其組件；利用納米超硬合金涂層的軍用船只等方向的應用。近期，納米材料已經(jīng)開始被應用在更加尖端的、復雜度與集成度要求更高的電子信息產業(yè)中，尤其在硬盤存儲設備和超大規(guī)模集成電路的性能升級上已經(jīng)突顯出超越傳統(tǒng)材料功能瓶頸的強勁優(yōu)勢dntel與IBM等世界半導體巨頭已將可控沉積層結構的厚度減小到幾個原子大小的水平（1納米），而一些關鍵元器件的一維閾值尺寸也己經(jīng)降到90納米，并且將在未來幾年內繼續(xù)減小，以此來大規(guī)模提高計算速度與存儲傳輸效率。另外，在生物醫(yī)用領域，被稱為納米脂微球的結構已經(jīng)被廣泛應用在藥物傳遞效率和靶位準確度的提高上，據(jù)悉這種脂微球結構直徑只有100納米左右，可把治療癌癥或其它病癥的藥物囊括其中，藥遞效果明顯提高；而其它一些公司則已經(jīng)把納米磁性顆粒引入驗血或其它體液的分析檢測程序中，以此來提高分離速率與分離的選擇度；同時將納米衍生熒光球或顆粒應用在新型化學與生物檢測設備中的技術則可以大幅提高傳染或遺傳病癥早期診斷的準確度和敏感度。在納米復合材料方面，納米粉體噴涂工藝的發(fā)展也成為納米材料產業(yè)的另一處增長點。利用這項工藝，我們可以在高分子表面鍍上一層納米粉末形成納米涂層，不僅可以大規(guī)模提高材料的抗腐蝕與抗磨損性能，在許多領域可以替代具有相同功能但體重、昂貴的金屬或陶瓷鑄件，尤其可以滿足汽車工業(yè)和航空航天工業(yè)對器件輕質高效的特殊要求。另外，多家汽車集團已經(jīng)研制成具有高強度和高抗擊力的納米復合材料部件，預期將在3?5年內可實現(xiàn)產業(yè)化；在催化技術方面，納米材料應用在催化劑表面則可以提高催化選擇性與催化效率、并大幅降低催化劑中毒的風險；在分離和凈化技術方面，納米金屬鈦和納米金屬鎬可以有效的吸附重金屬離子和許多生物體，因此而被用在高效節(jié)能的液相分離和廢液凈化中。在光通訊方面，基于納米光學現(xiàn)象的光電子能帶器件，大大提高了光纜系統(tǒng)中多路傳輸及全程光學數(shù)據(jù)交換的準確度與傳輸效率。其中，小型低價的全光學數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)是充分利用光通訊系統(tǒng)帶寬和速度的先決條件，而納米材料及納米元器件在其中扮演了相當重要的角色。據(jù)預期，諸多納米深層技術的開發(fā)也將為信息產業(yè)和生物產業(yè)的發(fā)展提供原動力，但目前仍處在研發(fā)或小規(guī)模試用階段，距大規(guī)模產業(yè)化還有三到五年的差距。例如，利用特殊工藝制作的納米半導體晶體（量子點陣）正在被試用在生物系統(tǒng)檢測上，使得科學家可以在反應過程中利用這項高分辨納米技術來實時、全景的觀測并跟蹤復雜生化反應中的分子行為；另外，這些量子點還可以應用于DNA或抗體的矩陣式篩選過程，從而大規(guī)模提高篩選效率和準確度。國際研究機構普遍取得共識，認為信息產業(yè)將是未來納米材料充分顯現(xiàn)其優(yōu)勢與滲透力的生長點之一。屆時，一些目前還廣泛處在研發(fā)階段的高新納米材料技術將會被逐漸納入產業(yè)化軌道，并迅速取代目前廣為應用的主流微米級元器件。例如，碳納米管晶體管將被制造得必現(xiàn)有的任何硅晶體元器件都更加微小且高速，近而提升體集成電路系統(tǒng)的速率與穩(wěn)定性；分子開關是通向更大規(guī)模高密度、廉價內存元器件的鑰匙，也將是計算技術更大范圍普及的關鍵之一；另外，單電子晶體管已被證實具有對電荷的高度敏感度因此而被應用在從生物分子探測與識別到量子計算機組件等一系列的前沿領域，并將從很多層面上徹底改變傳感器與生物分子識別系統(tǒng)的產業(yè)架構。3、納米科技發(fā)展趨向國際化戰(zhàn)略納米技術的發(fā)展環(huán)境將日益依靠全球性研發(fā)戰(zhàn)略。一旦各國納米技術的發(fā)展進入軌道，國際間的合作，尤其是在競爭激烈的領域，將會急劇增加。并且，諸多大公司的技術研發(fā)則很大程度上依賴跨國資源的配置。在這樣的背景下，納米科技產業(yè)的集成度與企業(yè)集聚度都將成為衡量一個地區(qū)甚至整個國家納米科技產業(yè)化進程的關鍵指標之一。（二）國內2001年我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要已明確將納米科學列為具有重大意義、集中力量、重點突破的研究領域?！秶壹{米科技發(fā)展綱要》列出5個領域544項目，973計劃設立四個納米科技項目，863計劃包含7個納米科技專題。2001年國家在納米科技及產業(yè)化方向上的總投入近6億6千萬元。在國家諸多納米科技計劃的推動下，我國已經(jīng)在納米粉體、納米功能膠體、納米薄膜技術及納米催化技術、納米自旋電子信息材料及納米儲氫材料等重大工業(yè)領域取得了產業(yè)化發(fā)展的重大突破，業(yè)已形成了以北京、上海、深圳為中心的三大納米材料及納米科技產業(yè)帶。1、研發(fā)領域成果顯著我國目前正處在納米技術發(fā)展曲線的投入階段，并將至少需要七年的時間才能攀升到曲線的指數(shù)性提升階段。我國以納米為主題的論文僅次于美國和日本，排名世界第三。我國2001年被國際頗具影響的3個檢索系統(tǒng)《科學引文索引》、《工程索引》、《科學技術會議錄索引》收錄的國際論文，北京以14507（29.1%）篇高居第一，占總量的29.1%，遠高于排在第二位的上海（6085篇）和排在第三位的江蘇（3636篇）。2、 集成協(xié)作、加速產業(yè)化納米技術的發(fā)展并不會取代每個分立學科的存在，而將是建立在各個學科獨立發(fā)展的交集上并覆蓋到科學技術的每個角落。學術界、工業(yè)界及商業(yè)界間的合作分別在國家內與國際間迅速拓延，其趨勢甚至超越了研發(fā)本身的步伐。工業(yè)界和商業(yè)領域普遍關心的是將基礎科學的發(fā)現(xiàn)與成果縱向提升到產業(yè)化及商品化的高度；而學術界則對橫向間的跨學科交流與互進式協(xié)作發(fā)展更感興趣。納米技術的發(fā)展將在各個相關產業(yè)的發(fā)展中體現(xiàn)出來，尤其是交叉性邊緣學科與高集成度的電子信息產業(yè)的發(fā)展更是要依賴納米技術來突破其自身的發(fā)展瓶頸。3、 低端切入、突破商業(yè)化瓶頸納米技術產業(yè)的發(fā)展遵循著一定的具有其自身的規(guī)律。普遍來講，初期潛入市場體系的低復雜度納米工藝，如：納米涂層；自組裝納米顆粒；一維納米線性工藝等，將會不斷的被趨于復雜設計的下一代高技術含量的產品所取代。我國納米技術目前還主要集中在相對低端的納米材料領域，主要納米產品還集中在納米氧化物、納米金屬粉末、納米復合粉體等上，例如納米碳酸鈣、白碳黑、二氧化鈦氧化鋅，碳納米管等。而在納米電子、納米生物醫(yī)藥與先進現(xiàn)代制造業(yè)等方向還具有很大的發(fā)展空間生物醫(yī)用材料（一）國際生物醫(yī)用材料是用于和生物系統(tǒng)結合，以診斷、治療或替換生物機體中的組織、器官或增進其功能為目的高新技術材料，是材料科學技術中一個正在迅速發(fā)展的高技術領域。臨床對各類新型高性能人體硬、軟組織修復和器官替換材料日益迫切的需求，大大促進了生物醫(yī)用材料研究和開發(fā)。生物醫(yī)用材料按照應用分為介入治療材料、骨科修復材料和人工關節(jié)、心臟瓣膜材料、人工血管材料、齒科材料、縫合線材料、人工晶體、透析材料、藥物載體等等。生物醫(yī)用材料和人工器官統(tǒng)稱為材料類醫(yī)療器械，約占整個醫(yī)療器械產值的一半。近20年來全球醫(yī)療器械發(fā)展很快，每年以10%的速度遞增，2000年產值達1700億美元。預計未來10－15年內，包括生物醫(yī)用材料在內的醫(yī)療器械產業(yè)將達到藥物市場的規(guī)模。各國醫(yī)療器械發(fā)展很不平衡。美國及歐洲有多家生產人體植入物產品的專業(yè)廠商，年銷售額均在10億美元以上，其中美國醫(yī)療器械的世界市場份額超過40%，美、日、歐約占全球產值的83%：其中美國占42%，相當于半導體工業(yè)產值，是美國六個重要出口產業(yè)之一；中國約占1.8%左右。目前生物材料產業(yè)技術的發(fā)展重點一是改進和提高常規(guī)生物材料的性能，并開發(fā)其在臨床的新用途（例如介入導管和支架的臨