先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料現(xiàn)狀文檔

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)材料通常被用在各種類型的機(jī)械系統(tǒng)中，如果沒(méi)有

最佳性或最優(yōu)的性價(jià)比，很難形成產(chǎn)業(yè)化或規(guī)?；?。先進(jìn)結(jié)

構(gòu)材料基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化密不可分，增材制造是結(jié)構(gòu)材料未

來(lái)發(fā)展的重要方向。

在第二十二屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)”先進(jìn)材料現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

研討會(huì)，上，法國(guó)國(guó)家技術(shù)科學(xué)院院士、香港城市大學(xué)副校長(zhǎng)

呂堅(jiān)強(qiáng)調(diào)，未來(lái)我國(guó)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)新的最佳途徑，就是靠

自己的雙手做出最高強(qiáng)、韌性最好的材料。

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化密不可分

結(jié)構(gòu)材料主要應(yīng)用于不同的機(jī)械系統(tǒng)，包括飛機(jī)、高鐵、

機(jī)器人以及手機(jī)等移動(dòng)系統(tǒng)，它最大的挑戰(zhàn)是機(jī)動(dòng)性與性價(jià)

比的優(yōu)化。呂堅(jiān)指出，“即便是手機(jī)、飛機(jī)、高鐵這種高附

加值的產(chǎn)品也要考慮價(jià)格”。

不難看出，結(jié)構(gòu)材料的難題在于其強(qiáng)度與韌性是兩個(gè)相

互矛盾的要求，如何有效地將這兩個(gè)要求組合起來(lái)是必須應(yīng)

對(duì)的問(wèn)題。

2019年，“美國(guó)三院”即美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、美國(guó)國(guó)家工程

院、美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院針對(duì)材料領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展發(fā)布了一份綱領(lǐng)

性的文件。這類文件每十年發(fā)表一次，此次將基礎(chǔ)材料和合

金的基礎(chǔ)研究、高嫡合金及納米金屬材料列為發(fā)展的重要材

料。

呂堅(jiān)指出，先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化是分不開(kāi)的,

“從概念提出到原理性探索、綜合性能研究，再到材料最終的

應(yīng)用研究，缺一不可。因此，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、發(fā)展新方法、

研究多尺度、跨尺度的結(jié)構(gòu)表征，綜合結(jié)構(gòu)性能關(guān)系和工藝

優(yōu)化、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域，都必須做出好的研究，才能夠把

整體的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展好”。

結(jié)構(gòu)材料通常被用在各種類型機(jī)械系統(tǒng)中，如果沒(méi)有

最佳性或最優(yōu)的性價(jià)比，很難形成產(chǎn)業(yè)化或規(guī)?；?。我國(guó)許

多重要的機(jī)械系統(tǒng)，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高鐵傳動(dòng)系統(tǒng)、手機(jī)等

一些關(guān)鍵零部件等均需要進(jìn)口。如何趕上世界先進(jìn)水平，發(fā)

現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)材料都是非常重要的研究課題。

從材料的角度看，材料的非均勻性是控制材料力學(xué)性能、

物理性能、化學(xué)性能的重要因素。呂堅(jiān)與團(tuán)隊(duì)提出，首先應(yīng)

當(dāng)研究材料的化學(xué)非均勻性，包括各種尺度的析出、多相材

料和化學(xué)成分的變化。同時(shí)也要研究拓?fù)浜臀锢淼姆蔷鶆蛐?

包括晶界、字晶界、晶格畸變、相界、位錯(cuò)墻等。

呂堅(jiān)指出，從納米結(jié)構(gòu)工程看，從無(wú)序金屬玻璃發(fā)展到

有序的納米和玻璃混合項(xiàng)，其晶力的穩(wěn)定性、相互作用性和

高階的攣晶、位錯(cuò)的工程，都能在納米晶材料和非晶材料

中實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、高韌的要求，因而出現(xiàn)了超納雙向材料，這就

是他所提出的一種新型復(fù)合材料。

近年來(lái)全球也研發(fā)了許多新型金屬結(jié)構(gòu)材料，主要利用

不同的增韌機(jī)理包括多層材料、梯度材料、混合晶力材料、

納米析出材料、納米李晶材料、多級(jí)李晶和超納雙相材料、

超納多相材料等。其中，我國(guó)科學(xué)家以及華裔科學(xué)家對(duì)這一

新型金屬結(jié)構(gòu)材料家族的貢獻(xiàn)非常大。

而多級(jí)納米結(jié)構(gòu)金屬的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，則要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

納米材料形式原理、演化規(guī)律、可控設(shè)備及工藝優(yōu)化、生成

材料后的變形機(jī)制及綜合性調(diào)控、工業(yè)應(yīng)用探索等做很多基

礎(chǔ)性的研究。

多種研究成果解決實(shí)際問(wèn)題

呂堅(jiān)團(tuán)隊(duì)和合作者主要針對(duì)表層梯度納米材料、多層梯

度納米結(jié)構(gòu)、多向納米晶及攣晶鑲嵌結(jié)構(gòu)，多級(jí)納米攣晶結(jié)

構(gòu)及超納雙相結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究。

他首先介紹了其研究的多級(jí)攣晶材料。香港城市大學(xué)先

進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心及材料科學(xué)國(guó)家科學(xué)研究中心大灣區(qū)

研究部的重要研究方向，是先進(jìn)材料的多尺度力學(xué)，即從原

子尺度一直做到飛機(jī)的大尺度。從材料方面看，則主要研究

高嫡合金、金屬間化合物、金屬玻璃、結(jié)構(gòu)納米材料、超納

材料和3D打印。

“我們同時(shí)還做材料基因組的研究和一維、二維材料的力

學(xué)研究；多級(jí)納米材料歷年也做了不同的研究并發(fā)現(xiàn)了不同

的增韌機(jī)理；推出了三維多級(jí)李晶材料強(qiáng)韌性非常好。我們

還提出了梯度結(jié)構(gòu)，特別是提出了混合的原子相雙相和金屬

玻璃的雙相鑲嵌結(jié)構(gòu)。在發(fā)現(xiàn)不同的斷裂機(jī)制或者增韌機(jī)制

的同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了不同模擬機(jī)上的工具，因此可以有效地理

解、計(jì)算這些材料，同時(shí)利用這些材料來(lái)做設(shè)計(jì)?！?/p>

他們研發(fā)的多級(jí)李晶鋼板強(qiáng)度不僅高于同類型鋼板，而

且比傳統(tǒng)的鈦基合金、鋁基合金的強(qiáng)度都要高出不少。

“我們發(fā)現(xiàn)完全可以形成三級(jí)以上的攣晶，五級(jí)李晶或

者更高階李晶的高強(qiáng)、高韌都可以在材料中得到體現(xiàn)。在李

晶銅、李晶銀中都已經(jīng)明確發(fā)現(xiàn)，高階的李晶可以讓材料獲

得更好的高強(qiáng)高韌比?！眳螆?jiān)表示。

超納材料是由不同類型材料組成的一種新型的結(jié)構(gòu)，它

基本的結(jié)構(gòu)尺寸單元小于10納米。與不同的金屬或者納米

結(jié)構(gòu)材料相比，10納米是非常小的尺寸，同時(shí)也是里程碑

式的尺寸。

這一尺寸下所得到的材料穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能、物理

性能、化學(xué)性能都有一些奇特的性能。呂堅(jiān)說(shuō)：“我們有五種

不同類型的超納材料，包括超納米晶和金屬玻璃兩類不同

的金屬玻璃混合，兩類不同的金屬玻璃交叉混合；還有超納

晶和晶界混合兩種不同類型的超納晶混合，都可以形成不同

類型的超納結(jié)構(gòu)，而這種超納結(jié)構(gòu)是未來(lái)結(jié)構(gòu)材料最重要的

研究方向之一?！?/p>

呂堅(jiān)與團(tuán)隊(duì)成功地將超納材料在納米晶金屬玻璃雙相、

高強(qiáng)高韌鎂合金、鋁合金中得以實(shí)現(xiàn)。他指出，這種超納材

料是一種新型的顛覆性材料，其結(jié)果發(fā)表在2017年5月4

日的《自然》雜志封面上，這是中國(guó)科學(xué)家首次在結(jié)構(gòu)材料

上發(fā)表的封面文章。

“這種新型結(jié)構(gòu)材料的變形能力遠(yuǎn)超普通鎂基合金與鎂

基金屬玻璃，它的力學(xué)性能在超納雙相結(jié)構(gòu)下是非常奇特，

也是非常有意義的。”呂堅(jiān)說(shuō)。

最重要的是，他們成功地制備了全致密的超納雙相結(jié)構(gòu),

這一結(jié)構(gòu)也成功地在鋁合金上得以實(shí)現(xiàn)。這種材料也可以用

來(lái)做柔性材料，包括高分子材料的彈性部分等。

應(yīng)用要先解決國(guó)家需求

對(duì)于先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，呂堅(jiān)指出，研發(fā)先進(jìn)材料最

主要的目的是能將其用于某一種機(jī)械系統(tǒng)上，“因此我們第一

個(gè)任務(wù)是能夠解決國(guó)家的需求”。

他舉的第一個(gè)例子是國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的殘余

應(yīng)力問(wèn)題。我國(guó)渦輪盤(pán)的高溫合金機(jī)匣等部件，普遍存在由

殘余應(yīng)力引起的超預(yù)期變形問(wèn)題，其加工尺寸、精度、裝配

效率都受到影響，而且使用變形后會(huì)影響部件的壽命，導(dǎo)

致整機(jī)性能受到影響。

“因此我們和鋼鐵研究總院合作健立了高溫合金鍛件殘

余應(yīng)力的計(jì)算與預(yù)判方法。在自主開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)里頭，渦輪盤(pán)

殘余應(yīng)力梯度降低了70%,加工變形降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，效率

提升1倍，與國(guó)際水平相當(dāng)，在不同的型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上可以

得到全面的推廣?！眳螆?jiān)說(shuō)。

在納米材料形成預(yù)應(yīng)力的工程中，如何得到可變形機(jī)翼

是他舉的第二個(gè)例子。飛機(jī)的效率與翅膀的形狀有關(guān)系，面

對(duì)不同的速度與不同的空氣狀況，其形狀應(yīng)該是不同的。但

通常情況下，飛機(jī)的機(jī)翼是不可變形的，呂堅(jiān)指出，可變

形狀機(jī)翼是未來(lái)航空發(fā)展的一個(gè)重要的方向。

呂堅(jiān)團(tuán)隊(duì)最近所研發(fā)的一種變形、多穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的材料在

同一種情況下，可以有不同的形狀。而這一形狀改變后，材

料結(jié)構(gòu)仍然非常穩(wěn)定，適合于可變形機(jī)翼、可變形幾何結(jié)

構(gòu)力的機(jī)械系統(tǒng)上。

“我們可以把這個(gè)技術(shù)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)，或者飛機(jī)的翅膀

上。在飛機(jī)翅膀上，每一個(gè)控制點(diǎn)可以有兩個(gè)不同的形狀,

N個(gè)控制點(diǎn)就可以有2的N次方組合形狀。這種調(diào)節(jié)可以

大大改變航空發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)翅膀的空氣動(dòng)力學(xué)，可以得到不

同的空氣動(dòng)力學(xué)響應(yīng)以及航空噴氣的方向?！?/p>

自力更生是創(chuàng)新最佳途徑

在呂堅(jiān)看來(lái)，增材制造是未來(lái)結(jié)構(gòu)材料一個(gè)非常重要的

方向。他們研發(fā)的彈性體衍生折紙?zhí)沾珊?D打印陶瓷，可

以打印出復(fù)雜形狀的陶瓷葉片，其抗高溫性能非常好。

不僅可以打印出折紙?zhí)沾?，而且還能制造出形狀特別復(fù)

雜的各種類型納米陶瓷。同時(shí)，還可以制造出普通方法所

制造不出來(lái)的幾何形狀。

針對(duì)金屬3D打印存在孔隙度的問(wèn)題，呂堅(jiān)團(tuán)隊(duì)通過(guò)表

面納米化可以大幅度地降低孔隙度，提高疲勞極限?！疤貏e

是能將鈦合金的疲勞極限提高將近一倍，大幅度地提高這些

材料的力學(xué)性能和壽命，讓它接近于鈦合金鍛造結(jié)構(gòu)的強(qiáng)

度?！?/p>

他認(rèn)為，今后鋼鐵仍是非常具有發(fā)展前途的材料，其次

就是各種類型高嫡合金。

“高嫡合金具備非常好的強(qiáng)度和高溫抗氧化性能，因此也

是未來(lái)發(fā)展的重要方向。從材料的基礎(chǔ)研究來(lái)看，我們尋找

的材料會(huì)越來(lái)越接近理論值；同時(shí)在合金設(shè)計(jì)上，我們可以

通過(guò)高通量綜合法、人工智能的方法設(shè)計(jì)雙相超納結(jié)構(gòu)，從

而找到新的超納結(jié)構(gòu)合金體系?！?/p>

應(yīng)變非局域化是結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重大問(wèn)題，即

如何發(fā)展新型的結(jié)構(gòu)材料，讓它的應(yīng)變非局域化——包括軟

硬材料的結(jié)合、各種材料的組合等。

呂堅(jiān)表示，不同的工藝會(huì)產(chǎn)生不同的機(jī)制和組織結(jié)構(gòu)，

也會(huì)形成不同的增韌結(jié)構(gòu)，可以在多尺度的應(yīng)用下獲得高強(qiáng)

高韌的材料。

他總結(jié)道：“未來(lái)研究先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)新的最佳途徑，就

是靠自己的雙手做出最高強(qiáng)、韌性最好的材料。因此，中國(guó)

結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展方向應(yīng)該是引領(lǐng)世界潮流發(fā)展，而變革式創(chuàng)

新需要敏銳的眼光、好奇心、信心、恒心、機(jī)遇與運(yùn)氣，機(jī)

遇與運(yùn)氣永遠(yuǎn)是被有準(zhǔn)備的人抓住的?！?/p>

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料是以強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等力學(xué)性能

為基礎(chǔ)的新材料統(tǒng)稱，是我國(guó)發(fā)展裝備制造、現(xiàn)代交通、海

洋工程、電子信息、新能源、航空航天等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的

基礎(chǔ)，按材料屬性可以分為鋼鐵、有色金屬等金屬結(jié)構(gòu)材料,

工程塑料和合成樹(shù)脂等高分子結(jié)構(gòu)材料，新型特種陶瓷等無(wú)

機(jī)結(jié)構(gòu)材料和高性能復(fù)合材料等。在當(dāng)前階段，國(guó)際先進(jìn)結(jié)

構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)關(guān)注高品質(zhì)特殊鋼、新型輕合金、特種合金、

結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃、工程塑料等。

本期將主要針對(duì)這5類先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料推送相關(guān)的專利信

息。內(nèi)容包含：最新行業(yè)動(dòng)態(tài)、新增專利預(yù)警分析、公知公

用技術(shù)公開(kāi)、核心專利解讀及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展剖析。

導(dǎo)讀

01最新行業(yè)動(dòng)態(tài)

02新增專利預(yù)警分析

03公知公用技術(shù)公開(kāi)

04核心專利技術(shù)解讀

05廣州市先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀剖析

一、最新行業(yè)動(dòng)態(tài)

工信部等四部委聯(lián)合印發(fā)《原材料工業(yè)“三品”實(shí)施方案》

,

2022年9月，工業(yè)和信息化部、國(guó)資委、市場(chǎng)監(jiān)管總局、

知識(shí)產(chǎn)權(quán)局等四部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《原材料工業(yè)“三品”實(shí)施方案》

（下稱《實(shí)施方案》）?！秾?shí)施方案》部署了原材料品種培

優(yōu)、原材料品質(zhì)提升、原材料品牌建設(shè)三項(xiàng)重點(diǎn)工程。一是

實(shí)施原材料品種培優(yōu)工程。通過(guò)清理、整合、優(yōu)化傳統(tǒng)材料

標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)發(fā)展和培育新材料和綠色低碳產(chǎn)品，推動(dòng)原材料

品種優(yōu)化升級(jí)。二是實(shí)施原材料品質(zhì)提升工程。通過(guò)提升基

礎(chǔ)材料產(chǎn)品質(zhì)量、完善重點(diǎn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系、建設(shè)公共服務(wù)平

臺(tái)，推動(dòng)原材料品質(zhì)整體提升。三是實(shí)施原材料品牌建設(shè)工

程。通過(guò)實(shí)施中國(guó)原材料精品培育行動(dòng)、商標(biāo)品牌戰(zhàn)略，培

育和扶持一批原材料企業(yè)、產(chǎn)品、區(qū)域和商標(biāo)品牌。

《實(shí)施方案》明確，原材料品種培優(yōu)工程包括傳統(tǒng)材料

產(chǎn)品、新材料產(chǎn)品和綠色低碳產(chǎn)品，其中，新材料產(chǎn)品涉及

支持鼓勵(lì)高溫合金、航空輕合金材料、超高純稀土金屬及化

合物、高性能特種鋼、可降解生物材料、特種涂層、光刻膠、

靶材、拋光液、光電顯示材料、光纖材料、壓電晶體材料、

工業(yè)氣體、仿生合成橡膠、人工晶體、高性能功能玻璃、先

進(jìn)陶瓷材料、特種分離膜以及高性能稀土磁性、催化、光功

能、儲(chǔ)氫材料等關(guān)鍵基礎(chǔ)材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。加強(qiáng)石墨烯、

超導(dǎo)材料、智能仿生材料、液態(tài)金屬等前沿新材料的質(zhì)量性

能研發(fā)。

我國(guó)首套大絲束碳纖維國(guó)產(chǎn)線成功投產(chǎn)

2022年10月10日，我國(guó)首個(gè)萬(wàn)噸級(jí)48K大絲束碳纖

維工程第一套國(guó)產(chǎn)線在中國(guó)石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地

投料開(kāi)車，并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，產(chǎn)品性能媲美國(guó)外同級(jí)別產(chǎn)

品，質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這標(biāo)志中國(guó)石化大絲束碳纖維

從關(guān)鍵技術(shù)突破、工業(yè)試生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化，成功走向規(guī)?；?/p>

關(guān)鍵裝備國(guó)產(chǎn)化，一舉破除我國(guó)碳纖維生產(chǎn)和裝備受制于人

的被動(dòng)局面，真正實(shí)現(xiàn)自主可控。

在碳纖維行業(yè)內(nèi)，通常將每束碳纖維根數(shù)大于4.8萬(wàn)根

（簡(jiǎn)稱48K）的稱為大絲束碳纖維。該條48K大絲束碳纖維

國(guó)產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、高品質(zhì)生產(chǎn)。該項(xiàng)目采用中國(guó)石化自

主開(kāi)發(fā)的PAN（聚丙烯睛）基大絲束原絲、碳纖維技術(shù)，分

兩個(gè)階段實(shí)施，計(jì)劃于2024年全部建成投產(chǎn)，屆時(shí)共達(dá)到

2.4萬(wàn)噸/年原絲、1.2萬(wàn)噸/年大絲束碳纖維產(chǎn)能。

大絲束碳纖維性能優(yōu)越被稱為“新材料之王”、“黑黃金”。

上海石化研發(fā)生產(chǎn)的大絲束碳纖維，是一種含碳量在95%以

上的高強(qiáng)度新型纖維材料。其力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的

四分之一，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，并且還具有耐腐蝕的特

性。此外，48K大絲束最大的優(yōu)勢(shì)是在相同的生產(chǎn)條件下,

不僅可以大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能和質(zhì)量性能，還可以實(shí)

現(xiàn)生產(chǎn)低成本化，從而打破碳纖維高昂價(jià)格帶來(lái)的應(yīng)用局限。

二、新增專利預(yù)警分析

通過(guò)檢索，得到先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域于2022年10月1日

至2022年10月31日期間公開(kāi)新增專利公開(kāi)5083件，其中

高品質(zhì)特殊鋼領(lǐng)域1040件；新型輕合金領(lǐng)域1074件；特種

合金領(lǐng)域1157件；結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃領(lǐng)域1082件；工程塑料

領(lǐng)域1186件。（部分專利同時(shí)屬于多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域）。

排名前10的申請(qǐng)人中有5家來(lái)自中國(guó)，5家來(lái)自日本，

這與中國(guó)、日本的制造業(yè)發(fā)展規(guī)模較大，并且歐美國(guó)家將中

低端制造業(yè)轉(zhuǎn)移到亞洲國(guó)家有關(guān)。這些先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域巨

頭企業(yè)充分利用專利布局搶占技術(shù)制高點(diǎn)，專利實(shí)力與企業(yè)

的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位一致。新增專利的細(xì)分領(lǐng)域及主要申請(qǐng)人情

況如下圖所示。

舊事）?日怏住金

出事）1MM公司

（日本）三叫停

（中?）皿0大學(xué)

（日本）日mu

（BO

圖1新增專利的細(xì)分領(lǐng)域及主要申請(qǐng)人情況（單位件）

注：1、由于各國(guó)專利局的專利數(shù)據(jù)收集過(guò)程存在時(shí)間

差，中國(guó)新公開(kāi)專利數(shù)據(jù)收集時(shí)間最短，所以新增中國(guó)專利

相對(duì)較多。

1中國(guó)科學(xué)院

中國(guó)科學(xué)院是中國(guó)自然科學(xué)最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、科學(xué)技術(shù)最

高咨詢機(jī)構(gòu)、自然科學(xué)與高技術(shù)綜合研究發(fā)展中心。中國(guó)科

學(xué)院控股有限公司，是經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立的首家中央級(jí)事業(yè)

單位經(jīng)營(yíng)性國(guó)有資產(chǎn)管理公司，是國(guó)家經(jīng)營(yíng)性國(guó)有資產(chǎn)管理

體制改革試點(diǎn)企業(yè)。

2019年8月，在山東南部城市滕州，“中科院新材料產(chǎn)

業(yè)基金，，在中國(guó)科學(xué)院、國(guó)科控股、山東省科技廳的見(jiàn)證下被

揭下“紅蓋頭”，這意味著中國(guó)科學(xué)院控股有限公司（以下簡(jiǎn)

稱國(guó)科控股）全力打造的“中國(guó)科學(xué)院新材料技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)

化聯(lián)盟”（以下簡(jiǎn)稱中科院新材料聯(lián)盟）補(bǔ)齊了關(guān)鍵的一環(huán)。

2018年6月，中試創(chuàng)新基地被中國(guó)科學(xué)院控股有限公司與紹

興市人民政府共同助推成立，該基地將助推中科院化工新材

料領(lǐng)域前沿技術(shù)在杭州灣落地、轉(zhuǎn)化，逐步形成一批具有全

球主導(dǎo)權(quán)的新材料產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，成為中國(guó)新

材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新'高地”。中國(guó)科學(xué)院本期新增專利申請(qǐng)數(shù)量

為91件，以特種合金、結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃領(lǐng)域?yàn)橹鳌?/p>

2新日鐵柱金

新日鐵住金是日本一家大型鋼鐵公司，前身分別為新日

本制鐵與住友金屬工業(yè)，兩家公司于2012年10月1日合并

改名為新日鐵住金。2017年3月，新日鐵住金收購(gòu)日新制鋼。

日新制鋼是日本第四大鋼鐵企業(yè)，主要生產(chǎn)不銹鋼材、建筑

用鋼板和汽車零部件用的特殊鋼材。新日鐵住金與日新制鋼

簽署了備忘錄，新日鐵住金計(jì)劃將對(duì)日新制鋼的出資比例進(jìn)

行提高，日新制鋼成為新日鐵住金的子公司。2018年，新日

鐵住金公司將旗下核心子公司一新日鐵住金化學(xué)和新日鐵

住金材料正式合并，命名為新日鐵住金化學(xué)與材料公司，該

公司主要從事以煤化工為主軸的功能材料與電子材料等的

研發(fā)與生產(chǎn)，并利用研發(fā)能力優(yōu)勢(shì)，瞄準(zhǔn)新興市場(chǎng)。新日鐵

住金公司本期新增專利申請(qǐng)數(shù)量為38件，以高品質(zhì)特殊鋼

領(lǐng)域?yàn)橹鳌?/p>

3旭化成公司

旭化成公司以化學(xué)和材料科學(xué)為基礎(chǔ)，是一家涉足合成

纖維、化學(xué)品、消費(fèi)品、建筑建材、電子和醫(yī)療服務(wù)等不同

領(lǐng)域產(chǎn)品和服務(wù)的跨國(guó)公司。旭化成化學(xué)是旭化成集團(tuán)所有

與化學(xué)相關(guān)業(yè)務(wù)的核心運(yùn)營(yíng)公司。旭化成從1923年在日本

首次采用卡薩里工藝商業(yè)化生產(chǎn)合成氨生產(chǎn)開(kāi)始，通過(guò)工藝

的變革和產(chǎn)品的研發(fā)持續(xù)推動(dòng)公司的發(fā)展和擴(kuò)大。目前在許

多基礎(chǔ)化學(xué)品、合成樹(shù)脂、動(dòng)能性膜材料領(lǐng)域，無(wú)論規(guī)模還

是技術(shù)優(yōu)勢(shì)均處在全球行業(yè)領(lǐng)先地位。旭化成化學(xué)是全球第

二大丙烯睛（合成ABS樹(shù)脂的重要原料）的生產(chǎn)廠家；亞洲

最大的苯乙烯單體生產(chǎn)商。在工程塑料領(lǐng)域，旭化成也居全

球領(lǐng)先地位，公司是全球唯一同時(shí)擁有生產(chǎn)尼龍66、聚甲醛、

改性聚苯酸以及酯交換法生產(chǎn)聚碳酸酯技術(shù)的企業(yè)，強(qiáng)大的

技術(shù)研發(fā)能力使得公司在與巴斯夫等歐美巨頭的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

中一直保持不敗的地位。旭化成公司本期新增專利申請(qǐng)數(shù)量

為36件，以工程塑料為主。

本部分選取本領(lǐng)域新增專利價(jià)值度最大的前10個(gè)列出，

詳情如下表1。

表1新增專利列表（專利價(jià)值度前10）

序號(hào)公開(kāi)號(hào)專利標(biāo)題申請(qǐng)人細(xì)分領(lǐng)域

BIOTRON1K

1CA2867773C鐵合金、其制造方法及其用途新型輕合金

AG

2CN110199039B通過(guò)還原四氯化鈦制造鈦合金材料通用電氣公司新型輕合金

EBC和包含吸輒劑相的莫來(lái)石粘結(jié)

3US11479515B2通用電氣公司結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃

涂層

釉上彩裝飾材料、陶瓷器產(chǎn)品的制SAGA

4USII4795I4B2結(jié)構(gòu)陶克,玻璃

造方法PREFECTURE

熱鋼化玻璃及用r玻璃的熱鋼化的

5KR102454959BI康寧公司結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃

方法和設(shè)備

維蘇威英國(guó)有限

6CNI08727040B多孔耐火澆注材料及其用途和制造結(jié)構(gòu)陶瓷.玻璃

公司

7JP715I140B2氟樹(shù)脂片材、層壓板及其制造方法旭硝子集團(tuán)工程塑料

聚介物膜、防水透聲膜、防水透■膜、

8KRI02458688BI日東電工集團(tuán)結(jié)構(gòu)陶登、玻璃

吸附用片和光學(xué)膜

?種3D打印用級(jí)用微化抽膏料及共

9CN113754430B西安交通大學(xué)結(jié)構(gòu)陶謊、玻璃

制備方法和應(yīng)用

10US11459272B2一種制備合金鐵和水泥材料的方法清華大學(xué)新型輕合金

三、公知公用技術(shù)公開(kāi)

通過(guò)檢索并篩選出先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域在2022年10月1

日—2022年10月31日公知公用專利共有10件，其中高品

質(zhì)特殊鋼領(lǐng)域2件，新型輕合金領(lǐng)域1件，特種合金領(lǐng)域3

件；結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃領(lǐng)域2件；工程塑料領(lǐng)域2件。詳情如

下表2o

表2公知公用技術(shù)列表

序號(hào)公開(kāi)號(hào)專利標(biāo)題申請(qǐng)人細(xì)分領(lǐng)域

高模量玻璃纖維組合物及其玻^ju-7,力y

1JP2022543I75A結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃

璃纖維和復(fù)合材料八二一95fyK

2JP2022I51099A輻射冷卻膜材料大阪燃?xì)庵晔綍?huì)社新型輕合金

3JP2022542485A多層膜及其制造方法3M公司工程塑料

硬質(zhì)合金11合構(gòu)件的制造方法

4JP2O22)45554A久株式會(huì)社特種合金

和真空抽吸裝置的制造方法

將籠式中間散裝容器轉(zhuǎn)換為可ODINCONSULTING

5US2O22O3226O8AI高品質(zhì)特殊鋼

堆用植物材料干燥器的方法LLC

6JP2022159203A氟樹(shù)脂組合物和模劃制品大金工業(yè)集團(tuán)工程期料

，〈才卜C勺Jl/彳v4

高性能被鐵硼各向同性碳粉的夕口v4.7b二工

7JP2O22I58836A特種合金

制備方法一vT97IPX力＞

八二一"一

8JP2022145475A觸化硅襯底日立集團(tuán)結(jié)構(gòu)陶自、玻璃

上海五星銅業(yè)股份rr限

9JP2022I51475A錫黃銅合金及其制造方法特種合金

公司

一種結(jié)合鋼、鏈條和橡膠板的

10JP2022I58784A佐々木克是高品質(zhì)特殊鋼

工具

注：公知公用專利是指那些由于法律原因、時(shí)域原因、

地域原因而不受法律保護(hù)，可以由他人免費(fèi)使用的專利技術(shù)。

對(duì)這些專利做好引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新推進(jìn)工作，可以低投入、

高效率地提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力。

四、核心專利技術(shù)解讀

專利文獻(xiàn)集法律、經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)屬性于一身，核心專利

的出現(xiàn)，往往會(huì)對(duì)行業(yè)發(fā)展到了一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)期，甚至?xí)?duì)

行業(yè)帶來(lái)顛覆性的影響。通過(guò)對(duì)新增核心專利的篩選和解讀,

可以幫助企業(yè)快速定位產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，為企業(yè)的

戰(zhàn)略決策提供重要的信息支撐。

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域在2022年10月1日至2022年10月

31日新增的5083件專利中，專利價(jià)值度為60以上的專利數(shù)

量為63件，分布在高品質(zhì)特殊鋼領(lǐng)域6件，新型輕合金領(lǐng)

域14件，特種合金領(lǐng)域16件，結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃領(lǐng)域17件，

工程塑料領(lǐng)域13件（部分專利擁有多個(gè)技術(shù)方向）o取其

中專利價(jià)值度超過(guò)70以上的兩件專利進(jìn)行解讀。

五、廣州市先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀剖析

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)鏈可以分為三層：上游原材料、中游

材料制造和下游應(yīng)用領(lǐng)域。

上游：先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，主要是包括金屬原料

（鈦、鐵、鋁、銀等）、非金屬礦物材料（石英石、黏土、

石灰石等）、通用工程塑料（聚酰胺、聚甲醛、熱塑性聚酯

等人特種工程塑料（聚酰亞胺、聚芳酯等）以及高溫合金

（鐵基高溫合金、鉆基高溫合金等）等。

中游：先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)的核心，主要包括高品質(zhì)特殊

鋼材料、高性能新型輕合金材料、特種合金材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、

玻璃材料、工程塑料材料、金屬件化合物材料、生物醫(yī)用高

分值材料等。

下游：先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)的延伸，主要為應(yīng)用領(lǐng)域，廣

泛應(yīng)用于高端裝備、生物醫(yī)用、電子信息、航天航空、船舶

新材料作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)和高端制造及國(guó)防工

業(yè)等的關(guān)鍵保障，是各國(guó)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)

的戰(zhàn)略地位不斷提升，目前已上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，先后將

其列入國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、重點(diǎn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和《中國(guó)制

造2025》十大重點(diǎn)領(lǐng)域。目前我國(guó)發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)的核心目

標(biāo)是：提升新材料的基礎(chǔ)支撐能力，實(shí)現(xiàn)我國(guó)從材料大國(guó)到

材料強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。為促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，我國(guó)

制定了許多規(guī)劃和政策大力推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，《新材

料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》明確了“十三五”期間新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重

點(diǎn)領(lǐng)域，具體從先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料

三個(gè)方向展開(kāi)，先進(jìn)基礎(chǔ)材料的重點(diǎn)技術(shù)方向?yàn)橄冗M(jìn)鋼鐵材

料、先進(jìn)有色金屬材料、先進(jìn)化工材料、先進(jìn)建筑材料、特

種合金、高性能分離膜材料等。目前我國(guó)的新材料產(chǎn)業(yè)已形

成集群式的發(fā)展模式，基本形成了以環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三

角為軸心，東北、中西部特色突出的產(chǎn)業(yè)集群分布，各區(qū)域

材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和空間分布都各有優(yōu)勢(shì)、各具特點(diǎn)。

廣東省新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，目前已作為廣東省先

進(jìn)制造業(yè)6大重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)之一，《廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，廣東主要發(fā)展三大新材料，分別

為前沿新材料、高性能復(fù)合材料及特種功能材料、高端精品

鋼材。目前已形成以廣州、深圳、佛山、中山、肇慶等市為

重點(diǎn)的高性能復(fù)合材料及戰(zhàn)略前沿材料產(chǎn)業(yè)基地，以廣州、

湛江、韶關(guān)、陽(yáng)江等市為重點(diǎn)的高端精品鋼材生產(chǎn)基地。

圖3全國(guó)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量分布熱力圖

通過(guò)圖中可以看出，廣州市在先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)的專利

為12385件，占廣東省的24.5%，位列廣東省第一。廣州市

作為廣東省發(fā)展新材料的前沿城市，近年來(lái)，就先進(jìn)合金材

料、先進(jìn)高分子材料、先進(jìn)金屬材料、先進(jìn)無(wú)機(jī)非金屬材料、

工程塑料、先進(jìn)復(fù)合材料等材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的諸多方向陸續(xù)出

臺(tái)相關(guān)政策。

《廣州市建設(shè)“中國(guó)制造2025”試點(diǎn)示范城市實(shí)施方案》

指出到2020年，建立起較為完善的產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新體系，到

2025年，質(zhì)量、品牌效益進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值6100億

元，建成國(guó)內(nèi)一流的新材料與精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)基地?！稄V州制

造2025戰(zhàn)略規(guī)劃》提出圍繞新材料產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)

一批集聚國(guó)際高端要素、高技術(shù)含量的跨國(guó)公司。把新一代

信息技術(shù)、高端裝備制造、綠色低碳、生物醫(yī)藥、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、

新材料、海洋經(jīng)濟(jì)七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)作為重中之重籌劃布局。

，韶關(guān)市《,

A

./RjztnT/梅州市

河源市

■3:

r州市惠州市“廣陽(yáng)市

汕尾市

云浮市

%iT1

?h-今江門(mén)市

茂名市陽(yáng)江市?r

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1

*沙|

\J.

圖4廣東省先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量分布熱力圖

將分析維度再做進(jìn)一步聚焦，研究中國(guó)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)

業(yè)重點(diǎn)城市的創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)狀，從而獲知廣州市在先進(jìn)結(jié)構(gòu)材

料產(chǎn)業(yè)上的發(fā)展優(yōu)劣勢(shì)。

十三五以來(lái)，全國(guó)許多城市和地區(qū)紛紛出臺(tái)支持新材料

產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策規(guī)劃，大力發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，全國(guó)涌現(xiàn)出一

批在新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展上具有鮮明特色的城市。在全國(guó)范圍內(nèi)

選取具有區(qū)域代表性的15個(gè)重點(diǎn)城市，如廣州市、深圳市、

北京市、上海市、蘇州市、天津市、南京市等在本產(chǎn)業(yè)的專

利分布情況做橫向?qū)Ρ?，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

從圖中信息可以看出，北京市、上海市在全國(guó)先進(jìn)結(jié)構(gòu)

材料產(chǎn)業(yè)處于第一梯隊(duì)位置，發(fā)明有效專利總量遠(yuǎn)超中國(guó)其

他城市，專利總量均超過(guò)9000件。相比之下，廣州市的先

進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)處于第二梯隊(duì)，專利數(shù)量超過(guò)4000件；在

先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)細(xì)分方向上，廣州市在高品質(zhì)特殊鋼、

新型輕合金、特種合金、結(jié)構(gòu)陶瓷、玻璃領(lǐng)域的創(chuàng)新能力都

屬于中等水平，優(yōu)劣勢(shì)均不明顯」旦在工程塑料領(lǐng)域，廣州

市的創(chuàng)新能力較強(qiáng)，發(fā)明有效專利數(shù)量?jī)H次于北京市、上海

市、蘇州市，達(dá)到1632件。進(jìn)一步聚焦各城市企業(yè)專利占

比后發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于北京市、上海市等城市，廣州市本產(chǎn)業(yè)企

業(yè)的創(chuàng)新能力也較為平均。

發(fā)明有效專利

地域

專利總革高品質(zhì)特殊綱儂輕合金特種合名

1S23

廣州市4514I9821207

I3557I795

深圳市376965

2693I

北京市11574943075518

小市1J915618782373

I39911974

南京市8621288

||5462I89211231

蘇州市1562

I575

天津市2444686817

常州市2094458536647

重慶市2083282I1116698

------------

濟(jì)南市2097380500624

青品市1411418347430

成都市I3302J574628989

武漢市39868881717953

I35501578

寧波市8091413

圖5中國(guó)先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)城市專利分布狀況

廣州市先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)分析：

企業(yè)/高校是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要載體，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),

通過(guò)挖掘廣州先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重點(diǎn)企業(yè)/高校的專

利布局情況，獲知企業(yè)/高校研發(fā)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

圖6數(shù)據(jù)顯示，華南理工大學(xué)在先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)細(xì)分

領(lǐng)域的高品質(zhì)特殊鋼、新型輕合金、特種合金、結(jié)構(gòu)陶瓷、

玻璃材料的專利申請(qǐng)量處于第一的位置，這與先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料

屬于新材料產(chǎn)業(yè)中較新的技術(shù)分支，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)較差，因此

高校在該領(lǐng)域具有更多的研究成果有關(guān)。并且，高校對(duì)先進(jìn)

結(jié)構(gòu)材料各個(gè)重點(diǎn)方向的研究都會(huì)涉及，研究范圍較廣。華

南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院下設(shè)4個(gè)系（高分子材料科

學(xué)與工程系、無(wú)機(jī)材料科學(xué)與工程系、金屬材料科學(xué)與工程

系、電子材料科學(xué)與工程系），6個(gè)研究院/所（材料科學(xué)研

究所、高分子光電材料與元器件研究所、生物醫(yī)學(xué)工程研究

院、高分子研究所、光通信材料研究所、高技術(shù)陶瓷及應(yīng)用

研究所），1個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)室），4個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（特種功能材料教育部重

點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高性能與功能高分子材