先進結構材料現(xiàn)狀文檔

先進結構材料現(xiàn)狀

結構材料通常被用在各種類型的機械系統(tǒng)中，如果沒有

最佳性或最優(yōu)的性價比，很難形成產(chǎn)業(yè)化或規(guī)?；?。先進結

構材料基礎研究與產(chǎn)業(yè)化密不可分，增材制造是結構材料未

來發(fā)展的重要方向。

在第二十二屆中國科協(xié)年會”先進材料現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

研討會，上，法國國家技術科學院院士、香港城市大學副校長

呂堅強調(diào)，未來我國先進結構材料創(chuàng)新的最佳途徑，就是靠

自己的雙手做出最高強、韌性最好的材料。

先進結構材料基礎研究與產(chǎn)業(yè)化密不可分

結構材料主要應用于不同的機械系統(tǒng)，包括飛機、高鐵、

機器人以及手機等移動系統(tǒng)，它最大的挑戰(zhàn)是機動性與性價

比的優(yōu)化。呂堅指出，“即便是手機、飛機、高鐵這種高附

加值的產(chǎn)品也要考慮價格”。

不難看出，結構材料的難題在于其強度與韌性是兩個相

互矛盾的要求，如何有效地將這兩個要求組合起來是必須應

對的問題。

2019年，“美國三院”即美國國家科學院、美國國家工程

院、美國國家醫(yī)學院針對材料領域未來發(fā)展發(fā)布了一份綱領

性的文件。這類文件每十年發(fā)表一次，此次將基礎材料和合

金的基礎研究、高嫡合金及納米金屬材料列為發(fā)展的重要材

料。

呂堅指出，先進結構材料基礎研究與產(chǎn)業(yè)化是分不開的,

“從概念提出到原理性探索、綜合性能研究，再到材料最終的

應用研究，缺一不可。因此，我們在結構設計、發(fā)展新方法、

研究多尺度、跨尺度的結構表征，綜合結構性能關系和工藝

優(yōu)化、工業(yè)應用等領域，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”。

結構材料通常被用在各種類型機械系統(tǒng)中，如果沒有

最佳性或最優(yōu)的性價比，很難形成產(chǎn)業(yè)化或規(guī)模化。我國許

多重要的機械系統(tǒng)，如汽車發(fā)動機、高鐵傳動系統(tǒng)、手機等

一些關鍵零部件等均需要進口。如何趕上世界先進水平，發(fā)

現(xiàn)新的結構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性能、

物理性能、化學性能的重要因素。呂堅與團隊提出，首先應

當研究材料的化學非均勻性，包括各種尺度的析出、多相材

料和化學成分的變化。同時也要研究拓撲和物理的非均勻性,

包括晶界、字晶界、晶格畸變、相界、位錯墻等。

呂堅指出，從納米結構工程看，從無序金屬玻璃發(fā)展到

有序的納米和玻璃混合項，其晶力的穩(wěn)定性、相互作用性和

高階的攣晶、位錯的工程，都能在納米晶材料和非晶材料

中實現(xiàn)高強、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合材料。

近年來全球也研發(fā)了許多新型金屬結構材料，主要利用

不同的增韌機理包括多層材料、梯度材料、混合晶力材料、

納米析出材料、納米李晶材料、多級李晶和超納雙相材料、

超納多相材料等。其中，我國科學家以及華裔科學家對這一

新型金屬結構材料家族的貢獻非常大。

而多級納米結構金屬的關鍵科學問題，則要對結構設計、

納米材料形式原理、演化規(guī)律、可控設備及工藝優(yōu)化、生成

材料后的變形機制及綜合性調(diào)控、工業(yè)應用探索等做很多基

礎性的研究。

多種研究成果解決實際問題

呂堅團隊和合作者主要針對表層梯度納米材料、多層梯

度納米結構、多向納米晶及攣晶鑲嵌結構，多級納米攣晶結

構及超納雙相結構開展研究。

他首先介紹了其研究的多級攣晶材料。香港城市大學先

進結構材料研究中心及材料科學國家科學研究中心大灣區(qū)

研究部的重要研究方向，是先進材料的多尺度力學，即從原

子尺度一直做到飛機的大尺度。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、結構納米材料、超納

材料和3D打印。

“我們同時還做材料基因組的研究和一維、二維材料的力

學研究；多級納米材料歷年也做了不同的研究并發(fā)現(xiàn)了不同

的增韌機理；推出了三維多級李晶材料強韌性非常好。我們

還提出了梯度結構，特別是提出了混合的原子相雙相和金屬

玻璃的雙相鑲嵌結構。在發(fā)現(xiàn)不同的斷裂機制或者增韌機制

的同時，還發(fā)現(xiàn)了不同模擬機上的工具，因此可以有效地理

解、計算這些材料，同時利用這些材料來做設計?！?/p>

他們研發(fā)的多級李晶鋼板強度不僅高于同類型鋼板，而

且比傳統(tǒng)的鈦基合金、鋁基合金的強度都要高出不少。

“我們發(fā)現(xiàn)完全可以形成三級以上的攣晶，五級李晶或

者更高階李晶的高強、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

得更好的高強高韌比?！眳螆员硎?。

超納材料是由不同類型材料組成的一種新型的結構，它

基本的結構尺寸單元小于10納米。與不同的金屬或者納米

結構材料相比，10納米是非常小的尺寸，同時也是里程碑

式的尺寸。

這一尺寸下所得到的材料穩(wěn)定結構，其力學性能、物理

性能、化學性能都有一些奇特的性能。呂堅說：“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

類型的超納結構，而這種超納結構是未來結構材料最重要的

研究方向之一?！?/p>

呂堅與團隊成功地將超納材料在納米晶金屬玻璃雙相、

高強高韌鎂合金、鋁合金中得以實現(xiàn)。他指出，這種超納材

料是一種新型的顛覆性材料，其結果發(fā)表在2017年5月4

日的《自然》雜志封面上，這是中國科學家首次在結構材料

上發(fā)表的封面文章。

“這種新型結構材料的變形能力遠超普通鎂基合金與鎂

基金屬玻璃，它的力學性能在超納雙相結構下是非常奇特，

也是非常有意義的?！眳螆哉f。

最重要的是，他們成功地制備了全致密的超納雙相結構,

這一結構也成功地在鋁合金上得以實現(xiàn)。這種材料也可以用

來做柔性材料，包括高分子材料的彈性部分等。

應用要先解決國家需求

對于先進結構材料的應用，呂堅指出，研發(fā)先進材料最

主要的目的是能將其用于某一種機械系統(tǒng)上，“因此我們第一

個任務是能夠解決國家的需求”。

他舉的第一個例子是國產(chǎn)航空發(fā)動機關鍵部件的殘余

應力問題。我國渦輪盤的高溫合金機匣等部件，普遍存在由

殘余應力引起的超預期變形問題，其加工尺寸、精度、裝配

效率都受到影響，而且使用變形后會影響部件的壽命，導

致整機性能受到影響。

“因此我們和鋼鐵研究總院合作健立了高溫合金鍛件殘

余應力的計算與預判方法。在自主開發(fā)的系統(tǒng)里頭，渦輪盤

殘余應力梯度降低了70%,加工變形降低1個數(shù)量級，效率

提升1倍，與國際水平相當，在不同的型號發(fā)動機上可以

得到全面的推廣?！眳螆哉f。

在納米材料形成預應力的工程中，如何得到可變形機翼

是他舉的第二個例子。飛機的效率與翅膀的形狀有關系，面

對不同的速度與不同的空氣狀況，其形狀應該是不同的。但

通常情況下，飛機的機翼是不可變形的，呂堅指出，可變

形狀機翼是未來航空發(fā)展的一個重要的方向。

呂堅團隊最近所研發(fā)的一種變形、多穩(wěn)態(tài)結構的材料在

同一種情況下，可以有不同的形狀。而這一形狀改變后，材

料結構仍然非常穩(wěn)定，適合于可變形機翼、可變形幾何結

構力的機械系統(tǒng)上。

“我們可以把這個技術用在航空發(fā)動機，或者飛機的翅膀

上。在飛機翅膀上，每一個控制點可以有兩個不同的形狀,

N個控制點就可以有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)動機及飛機翅膀的空氣動力學，可以得到不

同的空氣動力學響應以及航空噴氣的方向?！?/p>

自力更生是創(chuàng)新最佳途徑

在呂堅看來，增材制造是未來結構材料一個非常重要的

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

雜的各種類型納米陶瓷。同時，還可以制造出普通方法所

制造不出來的幾何形狀。

針對金屬3D打印存在孔隙度的問題，呂堅團隊通過表

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

材料的力學性能和壽命，讓它接近于鈦合金鍛造結構的強

度?！?/p>

他認為，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度和高溫抗氧化性能，因此也

是未來發(fā)展的重要方向。從材料的基礎研究來看，我們尋找

的材料會越來越接近理論值；同時在合金設計上，我們可以

通過高通量綜合法、人工智能的方法設計雙相超納結構，從

而找到新的超納結構合金體系。”

應變非局域化是結構材料領域未來發(fā)展的重大問題，即

如何發(fā)展新型的結構材料，讓它的應變非局域化——包括軟

硬材料的結合、各種材料的組合等。

呂堅表示，不同的工藝會產(chǎn)生不同的機制和組織結構，

也會形成不同的增韌結構，可以在多尺度的應用下獲得高強

高韌的材料。

他總結道：“未來研究先進結構材料創(chuàng)新的最佳途徑，就

是靠自己的雙手做出最高強、韌性最好的材料。因此，中國

結構材料的發(fā)展方向應該是引領世界潮流發(fā)展，而變革式創(chuàng)

新需要敏銳的眼光、好奇心、信心、恒心、機遇與運氣，機

遇與運氣永遠是被有準備的人抓住的?！?/p>

先進結構材料

先進結構材料是以強度、硬度、塑性、韌性等力學性能

為基礎的新材料統(tǒng)稱，是我國發(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，按材料屬性可以分為鋼鐵、有色金屬等金屬結構材料,

工程塑料和合成樹脂等高分子結構材料，新型特種陶瓷等無

機結構材料和高性能復合材料等。在當前階段，國際先進結

構材料產(chǎn)業(yè)重點關注高品質(zhì)特殊鋼、新型輕合金、特種合金、

結構陶瓷、玻璃、工程塑料等。

本期將主要針對這5類先進結構材料推送相關的專利信

息。內(nèi)容包含：最新行業(yè)動態(tài)、新增專利預警分析、公知公

用技術公開、核心專利解讀及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展剖析。

導讀

01最新行業(yè)動態(tài)

02新增專利預警分析

03公知公用技術公開

04核心專利技術解讀

05廣州市先進結構材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀剖析

一、最新行業(yè)動態(tài)

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

,

2022年9月，工業(yè)和信息化部、國資委、市場監(jiān)管總局、

知識產(chǎn)權局等四部門聯(lián)合發(fā)布《原材料工業(yè)“三品”實施方案》

（下稱《實施方案》）?！秾嵤┓桨浮凡渴鹆嗽牧掀贩N培

優(yōu)、原材料品質(zhì)提升、原材料品牌建設三項重點工程。一是

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

標準，重點發(fā)展和培育新材料和綠色低碳產(chǎn)品，推動原材料

品種優(yōu)化升級。二是實施原材料品質(zhì)提升工程。通過提升基

礎材料產(chǎn)品質(zhì)量、完善重點產(chǎn)品標準體系、建設公共服務平

臺，推動原材料品質(zhì)整體提升。三是實施原材料品牌建設工

程。通過實施中國原材料精品培育行動、商標品牌戰(zhàn)略，培

育和扶持一批原材料企業(yè)、產(chǎn)品、區(qū)域和商標品牌。

《實施方案》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

進陶瓷材料、特種分離膜以及高性能稀土磁性、催化、光功

能、儲氫材料等關鍵基礎材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。加強石墨烯、

超導材料、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)。

我國首套大絲束碳纖維國產(chǎn)線成功投產(chǎn)

2022年10月10日，我國首個萬噸級48K大絲束碳纖

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

投料開車，并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，產(chǎn)品性能媲美國外同級別產(chǎn)

品，質(zhì)量達到國際先進水平。這標志中國石化大絲束碳纖維

從關鍵技術突破、工業(yè)試生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化，成功走向規(guī)模化和

關鍵裝備國產(chǎn)化，一舉破除我國碳纖維生產(chǎn)和裝備受制于人

的被動局面，真正實現(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4.8萬根

（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。該條48K大絲束碳纖維

國產(chǎn)線可實現(xiàn)規(guī)?；?、高品質(zhì)生產(chǎn)。該項目采用中國石化自

主開發(fā)的PAN（聚丙烯睛）基大絲束原絲、碳纖維技術，分

兩個階段實施，計劃于2024年全部建成投產(chǎn)，屆時共達到

2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/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

上的高強度新型纖維材料。其力學性能優(yōu)異，比重不到鋼的

四分之一，強度卻是鋼的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

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

二、新增專利預警分析

通過檢索，得到先進結構材料領域于2022年10月1日

至2022年10月31日期間公開新增專利公開5083件，其中

高品質(zhì)特殊鋼領域1040件；新型輕合金領域1074件；特種

合金領域1157件；結構陶瓷、玻璃領域1082件；工程塑料

領域1186件。（部分專利同時屬于多個技術領域）。

排名前10的申請人中有5家來自中國，5家來自日本，

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

低端制造業(yè)轉(zhuǎn)移到亞洲國家有關。這些先進結構材料領域巨

頭企業(yè)充分利用專利布局搶占技術制高點，專利實力與企業(yè)

的市場競爭地位一致。新增專利的細分領域及主要申請人情

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

（日本）日mu

（BO

圖1新增專利的細分領域及主要申請人情況（單位件）

注：1、由于各國專利局的專利數(shù)據(jù)收集過程存在時間

差，中國新公開專利數(shù)據(jù)收集時間最短，所以新增中國專利

相對較多。

1中國科學院

中國科學院是中國自然科學最高學術機構、科學技術最

高咨詢機構、自然科學與高技術綜合研究發(fā)展中心。中國科

學院控股有限公司，是經(jīng)國務院批準設立的首家中央級事業(yè)

單位經(jīng)營性國有資產(chǎn)管理公司，是國家經(jīng)營性國有資產(chǎn)管理

體制改革試點企業(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，，在中國科學院、國科控股、山東省科技廳的見證下被

揭下“紅蓋頭”，這意味著中國科學院控股有限公司（以下簡

稱國科控股）全力打造的“中國科學院新材料技術創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)

化聯(lián)盟”（以下簡稱中科院新材料聯(lián)盟）補齊了關鍵的一環(huán)。

2018年6月，中試創(chuàng)新基地被中國科學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

料領域前沿技術在杭州灣落地、轉(zhuǎn)化，逐步形成一批具有全

球主導權的新材料產(chǎn)品，推動產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，成為中國新

材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新'高地”。中國科學院本期新增專利申請數(shù)量

為91件，以特種合金、結構陶瓷、玻璃領域為主。

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，新日鐵住金計劃將對日新制鋼的出資比例進

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和新日鐵

住金材料正式合并，命名為新日鐵住金化學與材料公司，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，瞄準新興市場。新日鐵

住金公司本期新增專利申請數(shù)量為38件，以高品質(zhì)特殊鋼

領域為主。

3旭化成公司

旭化成公司以化學和材料科學為基礎，是一家涉足合成

纖維、化學品、消費品、建筑建材、電子和醫(yī)療服務等不同

領域產(chǎn)品和服務的跨國公司。旭化成化學是旭化成集團所有

與化學相關業(yè)務的核心運營公司。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)開始，通過工藝

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

多基礎化學品、合成樹脂、動能性膜材料領域，無論規(guī)模還

是技術優(yōu)勢均處在全球行業(yè)領先地位。旭化成化學是全球第

二大丙烯睛（合成ABS樹脂的重要原料）的生產(chǎn)廠家；亞洲

最大的苯乙烯單體生產(chǎn)商。在工程塑料領域，旭化成也居全

球領先地位，公司是全球唯一同時擁有生產(chǎn)尼龍66、聚甲醛、

改性聚苯酸以及酯交換法生產(chǎn)聚碳酸酯技術的企業(yè)，強大的

技術研發(fā)能力使得公司在與巴斯夫等歐美巨頭的市場競爭

中一直保持不敗的地位。旭化成公司本期新增專利申請數(shù)量

為36件，以工程塑料為主。

本部分選取本領域新增專利價值度最大的前10個列出，

詳情如下表1。

表1新增專利列表（專利價值度前10）

序號公開號專利標題申請人細分領域

BIOTRON1K

1CA2867773C鐵合金、其制造方法及其用途新型輕合金

AG

2CN110199039B通過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石粘結

3US11479515B2通用電氣公司結構陶瓷、玻璃

涂層

釉上彩裝飾材料、陶瓷器產(chǎn)品的制SAGA

4USII4795I4B2結構陶克,玻璃

造方法PREFECTURE

熱鋼化玻璃及用r玻璃的熱鋼化的

5KR102454959BI康寧公司結構陶瓷、玻璃

方法和設備

維蘇威英國有限

6CNI08727040B多孔耐火澆注材料及其用途和制造結構陶瓷.玻璃

公司

7JP715I140B2氟樹脂片材、層壓板及其制造方法旭硝子集團工程塑料

聚介物膜、防水透聲膜、防水透■膜、

8KRI02458688BI日東電工集團結構陶登、玻璃

吸附用片和光學膜

?種3D打印用級用微化抽膏料及共

9CN113754430B西安交通大學結構陶謊、玻璃

制備方法和應用

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

三、公知公用技術公開

通過檢索并篩選出先進結構材料領域在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)特殊鋼領域2件，新型輕合金領域1件，特種合金領域3

件；結構陶瓷、玻璃領域2件；工程塑料領域2件。詳情如

下表2o

表2公知公用技術列表

序號公開號專利標題申請人細分領域

高模量玻璃纖維組合物及其玻^ju-7,力y

1JP2022543I75A結構陶瓷、玻璃

璃纖維和復合材料八二一95fyK

2JP2022I51099A輻射冷卻膜材料大阪燃氣株式會社新型輕合金

3JP2022542485A多層膜及其制造方法3M公司工程塑料

硬質(zhì)合金11合構件的制造方法

4JP2O22)45554A久株式會社特種合金

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氟樹脂組合物和模劃制品大金工業(yè)集團工程期料

，〈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結構陶自、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、時域原因、

地域原因而不受法律保護，可以由他人免費使用的專利技術。

對這些專利做好引進消化吸收再創(chuàng)新推進工作，可以低投入、

高效率地提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力。

四、核心專利技術解讀

專利文獻集法律、經(jīng)濟以及技術屬性于一身，核心專利

的出現(xiàn)，往往會對行業(yè)發(fā)展到了一個關鍵的時期，甚至會對

行業(yè)帶來顛覆性的影響。通過對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)的關鍵技術發(fā)展現(xiàn)狀，為企業(yè)的

戰(zhàn)略決策提供重要的信息支撐。

先進結構材料領域在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)特殊鋼領域6件，新型輕合金領

域14件，特種合金領域16件，結構陶瓷、玻璃領域17件，

工程塑料領域13件（部分專利擁有多個技術方向）o取其

中專利價值度超過70以上的兩件專利進行解讀。

五、廣州市先進結構材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀剖析

先進結構材料產(chǎn)業(yè)鏈可以分為三層：上游原材料、中游

材料制造和下游應用領域。

上游：先進結構材料產(chǎn)業(yè)的基礎，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：先進結構材料產(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、結構陶瓷、

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：先進結構材料產(chǎn)業(yè)的延伸，主要為應用領域，廣

泛應用于高端裝備、生物醫(yī)用、電子信息、航天航空、船舶

新材料作為國民經(jīng)濟先導性產(chǎn)業(yè)和高端制造及國防工

業(yè)等的關鍵保障，是各國戰(zhàn)略競爭的焦點。我國新材料產(chǎn)業(yè)

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

其列入國家高新技術產(chǎn)業(yè)、重點戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和《中國制

造2025》十大重點領域。目前我國發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)的核心目

標是：提升新材料的基礎支撐能力，實現(xiàn)我國從材料大國到

材料強國的轉(zhuǎn)變。為促進了技術的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級，我國

制定了許多規(guī)劃和政策大力推動新材料產(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

點領域，具體從先進基礎材料、關鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料

三個方向展開，先進基礎材料的重點技術方向為先進鋼鐵材

料、先進有色金屬材料、先進化工材料、先進建筑材料、特

種合金、高性能分離膜材料等。目前我國的新材料產(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、各具特點。

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

進制造業(yè)6大重點發(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

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

湛江、韶關、陽江等市為重點的高端精品鋼材生產(chǎn)基地。

圖3全國先進結構材料產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量分布熱力圖

通過圖中可以看出，廣州市在先進結構材料產(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，就先進合金材

料、先進高分子材料、先進金屬材料、先進無機非金屬材料、

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

臺相關政策。

《廣州市建設“中國制造2025”試點示范城市實施方案》

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、品牌效益進一步提升，實現(xiàn)總產(chǎn)值6100億

元，建成國內(nèi)一流的新材料與精細化工產(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)和未來產(chǎn)業(yè)，引進

一批集聚國際高端要素、高技術含量的跨國公司。把新一代

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

新材料、海洋經(jīng)濟七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)作為重中之重籌劃布局。

，韶關市《,

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圖4廣東省先進結構材料產(chǎn)業(yè)專利數(shù)量分布熱力圖

將分析維度再做進一步聚焦，研究中國先進結構材料產(chǎn)

業(yè)重點城市的創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)狀，從而獲知廣州市在先進結構材

料產(chǎn)業(yè)上的發(fā)展優(yōu)劣勢。

十三五以來，全國許多城市和地區(qū)紛紛出臺支持新材料

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。在全國范圍內(nèi)

選取具有區(qū)域代表性的15個重點城市，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龋y(tǒng)計結果如圖5所示。

從圖中信息可以看出，北京市、上海市在全國先進結構

材料產(chǎn)業(yè)處于第一梯隊位置，發(fā)明有效專利總量遠超中國其

他城市，專利總量均超過9000件。相比之下，廣州市的先

進結構材料產(chǎn)業(yè)處于第二梯隊，專利數(shù)量超過4000件；在

先進結構材料產(chǎn)業(yè)重點細分方向上，廣州市在高品質(zhì)特殊鋼、

新型輕合金、特種合金、結構陶瓷、玻璃領域的創(chuàng)新能力都

屬于中等水平，優(yōu)劣勢均不明顯」旦在工程塑料領域，廣州

市的創(chuàng)新能力較強，發(fā)明有效專利數(shù)量僅次于北京市、上海

市、蘇州市，達到1632件。進一步聚焦各城市企業(yè)專利占

比后發(fā)現(xiàn)，相對于北京市、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

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

濟南市2097380500624

青品市1411418347430

成都市I3302J574628989

武漢市39868881717953

I35501578

寧波市8091413

圖5中國先進結構材料產(chǎn)業(yè)重點城市專利分布狀況

廣州市先進結構材料產(chǎn)業(yè)基礎分析：

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,

通過挖掘廣州先進結構材料產(chǎn)業(yè)領域的重點企業(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。

圖6數(shù)據(jù)顯示，華南理工大學在先進結構材料產(chǎn)業(yè)細分

領域的高品質(zhì)特殊鋼、新型輕合金、特種合金、結構陶瓷、

玻璃材料的專利申請量處于第一的位置，這與先進結構材料

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

高校在該領域具有更多的研究成果有關。并且，高校對先進

結構材料各個重點方向的研究都會涉及，研究范圍較廣。華

南理工大學材料科學與工程學院下設4個系（高分子材料科

學與工程系、無機材料科學與工程系、金屬材料科學與工程

系、電子材料科學與工程系），6個研究院/所（材料科學研

究所、高分子光電材料與元器件研究所、生物醫(yī)學工程研究

院、高分子研究所、光通信材料研究所、高技術陶瓷及應用

研究所），1個國家重點實驗室（發(fā)光材料與器件國家重點

實驗室），4個省部級重點實驗室（特種功能材料教育部重

點實驗室、高性能與功能高分子材