戰略性新興產業專題系列投資策略報告之二：天生我材必有用(3)

2010年02月25日 14:33
來源：鳳凰網財經作者：東方證券

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三.新材料的主要分類

新材料是指那些新出現或已在發展中的、具有傳統材料所不具備的優異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統材料之間并沒有截然的分界，新材料在傳統材料基礎上發展而成，傳統材料經過組成、結構、設計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現新的性能都可發展成為新材料。

新材料作為高新技術的基礎和先導，應用范圍極其廣泛，它同信息技術、生物技術一起成為二十一世紀最重要和最具發展潛力的領域。同傳統材料一樣，新材料可以從結構組成、功能和應用領域等多種不同角度對其進行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應用領域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領域：

電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復合材料、先進陶瓷材料、生態環境材料、新型功能材料(含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等)、生物醫用材料、高性能結構材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

四.新材料：過去·現在·未來1.材料變遷推動人類歷史進步

所謂材料，是指經過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質，而新材料則主要是指剛剛投產或正在發展且具有優異性能并有應用前景的一類材料。它是相對于在工業中已批量生產并已得到廣泛應用的傳統材料(如鋼鐵、塑料等)而言的，但二者之間并無斷然界限。

我們現在所說的傳統材料在研究與應用之初都是新材料，新材料在經過長期生產與應用之后也就成為傳統材料了。

在實踐中，人們按用途把材料分成結構材料和功能材料兩大類。結構材料主要是利用其強度、韌性、力學及熱力學等性質，功能材料則主要利用其聲、光、電、磁、熱等性能。按化學成分分，則可把材料分為金屬材料、有機高分子材料、無機非金屬材料及先進復合材料四大類。根據具體應用領域分，新材料又可分為電子信息材料、新能源材料、生物醫用材料、航空航天材料、環境生態材料、高性能結構材料、新型功能材料(含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等)、納米材料、先進復合材料四先進陶瓷材料、新型建筑材料及新型化工材料等。

材料是人類生產、生活的物質基礎，是直接推動社會發展的動力。材料的發展及其應用是人類文明和社會進步的重要里程碑。從歷史來看，人類已經走過了石器時代、青銅器時代、鐵器時代三個階段，與之相對的，則是人類文明的三代階段：游牧文明、農耕文明和工業文明。綜觀人類發展和材料發展的歷史，可以清楚地看到，每一種重要材料的發現和利用都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平，給社會生產力和人類生活帶來巨大的變化，引起人類社會的重大變革。

在群居洞穴的猿人舊石器時代，通過簡單加工獲得石器幫助人類狩獵護身和生存，隨著對石器加工制作水平的提高，出現了原始手工業如制陶和紡織，人們稱之為新石器時代。青銅時代大約源于4000-5000 年前。青銅是銅錫鋁等元素組成的合金，熔點相對較低，硬度高，比石器易制作且耐用。青銅器大大促進了農業和手工業的出現。鐵器時代則被認為是始于2000 多年前，春秋戰國時代，由鐵制作的農具、手工工具及各種兵器，得以廣泛應用，大大促進了當時社會的發展。隨著煉鐵技術的發展，人類又發明了煉鋼技術，進入鋼鐵時代。十九世紀中期轉爐、平爐煉鋼的發展使得世界鋼產量迅猛增加，大大促進了機械、鐵路交通的發展。鋼鐵時水泥等材料的出現和廣泛應用，促使人類社會開始從農業和手工業社會進入工業社會。二十世紀中后期以來，高分子、陶瓷材料崛起以及復合材料的發展，又給人類帶來了新的材料和技術革命。半導體、高集成芯片的出現和廣泛應用，則把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會。

目前人類已進入硅基/合成材料時代，材料科技的進步作用更加凸顯。材料科學和信息技術、生命科學，被認為是21 世紀的三大支柱性高技術產業。例如，超純硅、砷化鎵的研制成功，導致大規模和超大規模集成電路的誕生，使計算機的運算速度從每秒幾十萬次提高到現在的每秒千萬億次以上。新材料產業已經滲透到國民經濟、社會生活和國防建設的方方面面。

2.新材料推動技術發展和產業升級

新材料既是當代高新技術的重要組成部分，又是發展高新技術的重要支柱和突破口。正是因為有了高強度的合金，新的能源材料及各種非金屬材料，才會有航空和汽車工業；正是因為有了光纖，才會有今天的光纖通訊和高速互聯網；正是因為有了半導體工業化生產，才有今天高速發展計算機技術和信息技術。事實表明，歷史上每一次重大的新技術的發現和某種新產品的研制成功，都往往依賴于新材料的發現和應用。在當代社會條件下，高技術的發展更是以新材料的發展為突破口，世界各國在高技術領域的競爭，在很大程度上是新材料水平的較量。

以信息技術為例，新材料在其發展中起到了關鍵性作用。從電子技術到微電子技術再到光電子技術；

從信息的獲取、傳輸、存儲、顯示到處理等，每一次提高、每一個環節都是以新材料為基礎和突破口的。

1906 年佛萊斯特發明了電子管，才有了無線電廣播、電視、電子計算機的出現；但只是到了1948年貝爾實驗室的巴丁、肖克利、布拉頓發明了半導體晶體管以后，才逐步地實現了電子設備的小型化、輕量化、節能化，以及成本的降低、可靠性的提高與壽命的延長；1958 年集成電路的發明，使計算機及各種電子設備發生了一次飛躍。以后，集成電路的發展十分迅速，器件尺寸和集成度幾十年來幾乎以數量級的速度在變化。這些變化的實現主要依賴半導體材料——硅單晶生長技術與晶片加工技術的不斷進步，即對單晶純度的要求不斷提高；單晶缺陷的尺寸不斷縮小，單晶直徑不斷增加，晶片加工精度和表面質量不斷加強，從而使芯片成品率大為上升，每位存儲器的價格急劇下降。這就是為什么計算機的功能愈來愈強，而價格卻愈來愈低的重要原因。正因此，IBM 公司的首席科學家拉爾夫先生認為：每個獨立的計算機技術的發展都依賴于一種新材料問題的解決。集成電路的發明與發展成為人類進入“信息時代”的里程碑。

此外，控制是信息技術的一部分，沒有精度高、性能穩定的傳感器，計算機用于控制是不可能實現的，而傳感器的要害就是敏感材料。“物聯網”概念的提出，使開發各種用途的敏感材料成為重要環節。同時，信息的傳輸是信息時代的另一關鍵環節。由于光導纖維的研制成功，改變了整個通信體系，使通信技術從以銅為主的金屬電纜傳輸跨入了光纖通信的新時代。光通信的迅速發展，除了光纖以外，激光技術與光電子技術的發展是其重要促成因素，而這些都與新材料密切相關。也正是由于新材料的發展，使20 世紀90 年代初期提出來的“信息高速公路”的設想逐步成為現實。

3.“沒有最新，只有更新”的新材料

材料科技的進展成為人類進步的強大“引擎”。《今日材料》2007 年在評價材料科學時，將國際半導體技術藍圖、掃描式探針顯微鏡、巨磁電阻效應、半導體激光器和發光二極管、美國國家納米技術計劃、碳纖維復合材料、鋰離子電池材料、碳納米管、軟刻蝕、超材料等作為50 年十大進展。

到2009 年，這一評價依然具有戰略性的指導意義。

從世界上新材料的發展趨勢看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產一直在向短流程、高效率、節能降耗、潔凈化、高性能化、多功能化的方向發展；高性能結構陶瓷在保持原有耐高溫、高強度的前提下向強韌化、易成形加工方向發展；高分子材料向材料的微觀設計、多層次結構調控、集成化、智能化、多功能化方向發展；復合材料以高性能、低成本制造技術為發展重點，向材料設計-制造-評價一體化、功能化的智能化的方向發展。

根據具體用途來看，信息材料是最活躍的新材料領域。微電子材料在未來十年仍是最基本的信息材料：集成電路及半導體材料將以硅材料為主體，化合物半導體材料及新一代高溫半導體材料共同發展。光電子材料將成為發展最快和最有前途的信息材料，主要集中在激光材料、高亮度發光二極管材料、紅外探測器材料、液晶顯示材料、光纖材料等領域。最近受到市場關注的LED 即屬于此類。

新能源材料是發展新能源的核心和基礎，發展方向是開發綠色二次電池、氫能、燃料電池、太陽能電池和核能的關鍵材料。當前的研究熱點和技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物鋰離子電池材料、質子交換膜燃料電池材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。新能源汽車的研究開發，首先得在這些基礎材料的技術上有所突破。

化工新材料向高性能化、多功能化、精細化、工藝無害化、裝置大型化發展。隨著催化劑技術、生物技術、組合化學技術餓發展，是的化工新材料產品的合作更為靈活，速度也不斷加快。專用性、功能性產品日益成為化工新材料領域中發展最快、研究最活躍的領域。化工新材料涉及面廣，與下游應用結合緊密，因而成為邊緣學科活躍的領域。