智能仿生材料江雷　董智超　李储鑫1 背景需求及战略意义2 国际发展现状及趋势3 国内发展现状4 主要任务及存在主要问题5 产业发展的对策和建议6 技术预判和战略布局

 

智能仿生材料江雷　董智超　李储鑫1 背景需求及战略意义2 国际发展现状及趋势3 国内发展现状4 主要任务及存在主要问题5 产业发展的对策和建议6 技术预判和战略布局

04发展我国智能仿生材料产业的主要任务及存在主要问题4.1 智能仿生材料产业存在主要问题01研究与产业应用衔接度低未来智能仿生材料的发展，要符合国家发展战略，产学研相结合，不断推陈出新、满足新型高新技术产业发展的需求，将仿生学与物理学、化学、工程学、微生物学、细胞学等学科紧密结合起来，精确地构建多尺度宏观 / 微观结构，实现材料的结构功能一体化。

但是，就目前来看，国内许多与仿生材料相关的科研工作仅停留在实验室的制备和初步应用层面，在工程应用及工业生产中的实际效果仍有待考察和检验因此，合理地创新制备方法，优化生产制备工艺，实现大规模的材料制造与精确的加工成型，也是仿生材料领域亟待解决的问题。

02研发投入和产业投资不足近年来，我国在全球研发投入的份额不断提升（图 14-3）我国 2020 年研发经费总量近2.44 万亿元，稳居全球第二研发投入占 GDP 的比例也逐年提升，2020 年达到了 2.4%，但和发达国家相比仍然偏低，处在起步阶段。

其中我国基础研发投入仅占全部投入的 6%，而发达国家该项投入普遍超过10%，相较薄弱“十四五”时期是我国进一步提高科研支出占比，使我国的科研实力更加符合大国地位的关键时期尤其在基础科学领域，随着新冠疫情后全球产业格局出现新的变化，新的业态开始萌芽，我国需要抓住机遇攻克核心技术难点，开拓新的局面，进而实现弯道超车。

目前国家和企业对于智能仿生材料行业的总体投入仍有待增加虽然我国科技经费预算规模稳步增加，结构持续优化，但是经费投入强度与其他科技强国相比尚显不足企业在智能仿生材料领域的投入更是匮乏，造成了智能仿生材料领域工业化困难。

03中试平台及产业化示范基地不足我国在智能仿生材料领域多个方面都处于世界领先的水平然而，每种智能仿生材料都有特定的工艺，新产品的开发必须与配套工艺紧密结合，这就要求代工厂的设备和工艺具有定制化的特性，因此小批量的订单不容易得到大型代工企业的青睐。

此外，我国长期缺少智能仿生领域的开发与代工服务平台，难以为新产品提供中试条件，增加了产品研发的周期，错过了应用市场的需求窗口，制约了我国智能仿生材料产业的发展4.2 主要任务01优化产业发展布局根据各地区的发展条件，引导智能仿生材料产业向省级和国家级高新园区、经济开发区产业集聚区及相关科技新城、智造新城、工业园区集聚，发挥各地区产业基础优势，聚焦智能仿生超亲水材料、仿生超疏水材料、仿生超润滑材料、仿生减阻材料、仿生结构材料、仿生自修复材料等细分领域，优化资源配置，合理布局创新链、产业链、金融链，建设新材料产业集群，形成一批新产业平台。

依托相关地区区位及产业优势，建设一批智能仿生材料产业特色小镇，培育一批区位优势突出、产业特色明显、政策配套完善、具有品牌竞争力的产业聚集区02构建自主创新体系依托各地区的科研背景和区位优势，重点建设一批智能仿生材料领域的高水平研发机构、重点实验室、产业技术创新中心、制造业创新中心等创新平台，构建全球顶尖智能仿生材料科学研究基地和创新集群，打通基础研究、应用研究和产业技术研究创新全链条，建立健全以企业为主体、市场为导向、产学研用结合的自主创新体系。

03突破核心关键技术瞄准智能仿生材料国际前沿领域，加快布局一批基础研究重大专项，持续开展关键核心技术攻关，突破一批智能仿生材料产业急需的战略性、前瞻性、颠覆性技术，推动更多领域技术由跟跑、并跑向领跑转变，形成一批标志性重大科技成果，获得一批产业带动性强、具有自主知识产权的关键技术和重点产品。

04全链条完善产业生态建立健全智能仿生材料测试评价体系、应用示范与推广体系以及前沿新材料产品的质量、责任风险保险机制，降低下游用户使用风险，突破“有材不好用、好材不敢用”瓶颈强化关键原材料、高端装备、先进仪器设备等的支撑保障，推动产业链上下游开展全链条协同攻关，推动智能仿生材料研发、生产、应用企业及产业链相关单位，联合组建生产应用平台，开放新材料应用场景，积极推动智能仿生新材料在重大工程和政府采购项目中的应用。

培育发展仿生新材料产业智库、行业协会等专业机构，为智能仿生新材料的推广应用提供服务，构建可持续发展的生态体系05强化国际交流合作鼓励“引进来，走出去”，吸引海外人才、国际知名机构来国内发展，支持企业和研发机构开展国际交流、在境外实施海外并购和设立研发机构等。

支持优势企业抓住智能仿生材料产业结构和区域布局调整的机遇，与 Bimitech、Biome Renewables 等国际智能仿生材料公司在产品创新和产业转移等方面加强合作，占领一些技术发展的制高点，积极参与国际高端供应链建设，谋求在全球经济格局变动中取得有利位置，打造一批在细分领域具有全球竞争力的优势企业。

5 推动我国智能仿生材料产业发展对策和建议01占领前沿制高点，提升影响力和竞争力智能仿生材料是近年来材料科学领域重要的科学研究内容，作为智能仿生材料的重要组成，仿生超浸润材料的研究受到全世界的广泛关注汤森路透统计的 2011 年全球研究报告数据显示仿生超浸润界面材料的研究已经位于 438 项材料科学研究前沿方向的第 7 位，这是中国冲击诺贝尔奖的强有力竞争方向。

这一新学科的产生，已经迅速带动了新材料、新器件的发明、发展及其应用，其对未来高新技术的发展有着深远的影响和广阔的应用前景国际上，此领域的研发工作已经呈现出非常激烈的竞争局面面对这一新学科的产生和发展、其潜在的巨大应用前景以及顶尖科学家的积极参与，有必要采取坚定而果断的措施，继续占领该领域的国际制高点，大幅提升我国的科技影响力和国际竞争力。

02瞄准国家发展战略，调整未来产业结构当前，正处于智能仿生材料基础研究向产业化跨越发展的关键时期，通过政府实施具有远见性的顶层设计与统筹协调政策，对仿生界面材料基础研究、应用及产业化等方面进行整体布局，聚焦国家“十四五”及中长期重大战略需求，前瞻部署催生未来产业化变革性技术的重大原创性基础研究，力争在提高我国高新科技核心竞争力和产业化水平方面取得重大进展。

另外，部署材料、能源、健康、环境等领域的可持续发展，有利于调整未来产业结构，为我国相关领域的发展提供强有力的科技保障03实现创新驱动发展战略，引领高新技术产业发展实施创新驱动发展战略，最根本的是要增强自主创新能力，最紧迫的是要破除体制机制障碍，最大限度解放和激发科技作为第一生产力所蕴藏的巨大潜能。

创新驱动实质上是人才驱动，通过建设一个以智能仿生材料为研究方向的新研究单元，凝聚一批在此领域具有旺盛创新能力的领军人才和青年人才，将为实施创新驱动发展战略提供基础保障，对于服务国家和地方经济以及社会发展具有重要意义。

通过研发关键核心技术，并促进其在资源、信息、能源、健康以及环境等领域中的应用，不断提升科技创新能力，带动未来高新技术产业的发展

NICE TO MEET YOU

6 面向国家2035年重大战略需求智能仿生材料产业技术预判和战略布局2021 年 3 月 13 日，两会正式发布了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》，进一步突出了科技创新在我国现代化建设全局中的核心地位。

习近平总书记指出，在当前和今后一个时期，我国发展仍然处于重要战略机遇期为此，我们要趁当今世界正经历百年未有的大变局之际，新一轮科技革命和产业变革方兴未艾之时，于变局中抓住机遇，在“十四五”乃至 2035 年的时间内，进一步突出科技创新在各类生产要素中的重要性，将科技成果转化为生产力，从而带动产业升级，提升社会生产力和我国综合国力。

此后，全国各省市也陆续发布当地的“十四五”规划，其中大多都对仿生领域，尤其是智能仿生材料这一重点领域做出相应部署在《北京市“十四五”时期高精尖产业发展规划》“打造面向未来的高精尖产业新体系”一章指出，要以“优品智造”为主攻方向，重点发展仿生柔性交互等协作机器人，突破仿人 / 仿生机器人前沿技术，构建具有北京特色的机器人产业生态，并抢先布局一批未来前沿产业，瞄准国际前沿抢占产业发展制高点，超前部署一批具有深远影响，能够改变科技、经济、社会、生态格局的颠覆性技术方向，为高精尖产业持续发展培育后备梯队。

其中在前沿新材料领域重点突破智能仿生材料等方向，创新环保低碳材料制备工艺，培育一批专精特新企业在《上海市先进制造业发展“十四五”规划》中的“发展重点”一章中指出，要以适应需求、加强推广为重点，推动智能健康产品的规模化生产，发展应用仿生学等新技术，提升产品智能化水平。

在《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》中的“发展重点方向”一章中指出，要重点突破研发仿生与超材料等装备，打造国内领先、世界知名的前沿新材料产业制造高地在《浙江省新材料产业发展“十四五”规划》中的“发展方向”一章中指出，要将前沿新材料作为主攻方向，培育一批变革性材料，打造有望引领未来发展的新产品，支撑未来产业发展，其中将智能仿生与超材料等作为重点领域。

在《天津市科技创新“十四五”规划》中的“聚焦重点研发领域方向”一章中指出，要推动交叉学科融合创新，并将仿生合成作为其主要研究方向之一 面向国家 2035 年重大战略需求，对于未来智能仿生材料产业的规划与预判如下：

 ① 发展仿生原型材料的组成、结构、功能等关键表征技术，揭示仿生原型材料具有优越性能的本质原因 ② 建立形貌、功能、行为仿生的设计模板，发展用于极端环境智能仿生材料（如超轻超强材料、抗红外电磁干扰材料、低频隐身材料等）的制备工艺。

 ③ 研制与未来装备智能化、无人化等要求相符的环境快速响应材料 ④ 针对战场环境所形成的生物附着等问题，研发出具有自诊断、自修复、自调节功能，并且提升装备效能的新型智能仿生材料 ⑤ 利用智能仿生材料制备新型器件，尤其是在武器装备上开展创新应用，且性能达到世界先进水平。

作 者简介江雷，中国科学院院士，第三世界科学院院士，美国工程院外籍院士现任中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学中科院重点实验室主任建立超浸润界面材料及超浸润界面化学体系，引领并推动该领域在全球的发展，实现多项成果的技术转化。

获国家自然科学二等奖，北京市科技技术奖一等奖，求是杰出科学家奖，联合国教科文组织纳米科技与纳米技术贡献奖等奖励编写《仿生智能纳米界面材料》等 4 部专著，发表 SCI 论文 800 余篇，总被引 143000 余次，H 因子为 177。

 董智超，中国科学院理化技术研究所研究员，主要从事仿生液体绕流领域的研究获得国家自然科学基金委优秀青年基金，入选第六届中国科协青年人才托举计划，Langmuir 杂志青年编委李储鑫，中国科学技术大学特任研究员，主要从事仿生拓扑结构操控液体输运领域的研究。

入选博新计划，获中国科学院优秀毕业生、北京市优秀毕业生、中国科学院院长优秀奖、中国科学院 - 沙特基础工业公司奖学金、国际仿生工程学会仿生创新大赛二等奖、博新计划优秀创新成果等奖项

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壹 /  编辑推荐：《中国新材料产业发展报告》由中国工程院化工、冶金与材料工程学部，国家发展和改革委员会创新和高技术发展司，工业和信息化部原材料工业司，中国材料研究学会联合组织编写 全书以加快改变经济发展方式为主线，突出我国关键材料升级换代的主题，结合新材料产业“十四五”发展规划，解析新一年度新材料产业的发展态势、存在问题与解决方案，为新材料领域未来发展指明方向。

希望本书能为全国各地区和部门的广大从事新材料产业化的科技工作者和产业界人士提供有益的参考 书中对新材料前沿领域详细的技术解读，对未来发展重点的高瞻远瞩，将为新材料领域研发人员、技术人员提供全面的指导贰/

内容简介：《中国新材料产业发展报告（2021）》结合当前我国各行业对新材料的应用与需求情况，重点关注当前我国重点领域新材料的先进生产技术与应用情况、存在问题与发展趋势书中着重阐明了先进陶瓷材料、钛合金材料、高性能纤维材料、稀土新材料、超高强度钢等先进基础材料的特性、应用与先进技术，特别讲解了高温合金、高性能二维材料膜、锂离子电池材料、压电陶瓷材料与元器件的产业需求与技术发展情况，对增材制造金属材料、智能仿生材料、液态金属材料、气凝胶材料等前沿新材料的发展与应用情况进行了全面解说。

 书中对新材料产业各领域的详细解读，为未来我国新材料领域的技术突破指明了方向，将为新材料领域研发人员、技术人员、产业界人士提供全面的指导叁   / 作者简介：中国材料研究学会（Chinese Materials Research Society，C-MRS）成立于1991年5月16日，由中国科学技术协会主管，是中国从事材料科学技术研究和产业的科技工作者和单位，自愿结合并依法成立的全国性、非营利性法人社会团体，是中国科协的组成部分，挂靠在中国科学院。

中国材料研究学会是国际材料研究学会联合 会 ( International Union of Materials Research Society，简称IUMRS ) 的发起单位之一，并代表国家身份作为该会的成员。

 中国材料研究学会的宗旨是团结和组织中国广大材料科技工作者,遵守宪法、法律 、法规和国家政策 ，遵守社会道德风尚 ，贯彻"科教兴国"方针 ，自主活动 ，自我发展 ，紧紧围绕国家经济建设和社会发展目标，瞄准世界材料科学前沿，开展国内外学术交流，促进各类先进材料的研究与发展，努力推动新材料、新工艺及新技术在产业中的实际应用，为繁荣和发展材料科技事业、为国家的经济建设做贡献。

 学会截至目前现有分支机构23个，团体会员250个（拥有上万余人的材料科技工作者），个体会员62058人学会员是学会的主体和基本依靠力量，密切与他们的联系，倾听他们的意见和呼声，努力做好为他们的服务工作 ，充分发挥他们的积极性、主动性、创造性 ，使学会不断增强凝聚力、影响力，成为“材料科技工作者之家”是学会工作的中心任务。

谢建新，中国工程院院士，中国材料研究学会副理事长，北京科技大学教授1982年1月毕业于中南大学，1991年3月在日本东北大学获博士学位1995年4月回国在北京科技大学任教授至今，曾任学院副院长/院长、副校长等职。

2001年获教育部“长江学者”称号，2002年获国家杰出青年科学基金资助，2014年获全国科技工作者称号，2016年获何梁何利基金科学技术进步奖兼任“十五”～“十二五”国家863计划新材料技术领域专家组专家、“十三五”国家材料基因工程重点专项专家组组长、国家新材料产业发展专家咨询委员会副主任等。

发表学术论文300余篇，获国家授权发明专利80余项，国家技术发明二等奖1项，国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖10项肆   / 目 录：第一篇　综述　　 001 第1章　新材料产业发展思考 002 

1.1　新材料产业发展面临的形势 002 1.2　全球新材料产业发展现状及趋势 003 1.3　我国新材料产业取得的成绩 005 1.4　我国新材料产业发展存在的问题及分析 007 1.5　发展思路 008 

1.6　对策建议 010 第二篇　先进基础材料　　 013 第2章　先进低碳水泥基材料 014 2.1　先进低碳水泥基材料发展的背景需求及战略意义 014 2.2　先进低碳水泥基材料的国际发展现状及趋势 015 

2.3　先进低碳水泥基材料的国内发展现状及趋势 021 2.4　发展我国先进低碳水泥基材料的主要任务 026 2.5　推动我国先进低碳水泥基材料发展的对策和建议 031 第3章　先进陶瓷材料 034 3.1　先进陶瓷产业发展的背景需求及战略意义 034 

3.2　先进陶瓷产业的国际发展现状及趋势 035 3.3　先进陶瓷产业的国内发展现状 041 3.4　发展我国先进陶瓷产业存在的主要问题 045 3.5　推动我国陶瓷材料产业发展的对策和建议 048 3.6　面向国家2035年重大战略需求先进陶瓷产业技术预判和战略布局 049 

第4章　钛合金材料 054 4.1　钛合金材料产业发展的背景需求及战略意义 054 4.2　钛合金材料产业的国际发展现状及趋势 055 4.3　钛合金材料产业的国内发展现状 059 4.4　发展我国钛合金材料产业的主要任务及存在主要问题 073 

4.5　推动我国钛合金材料产业发展的对策和建议 074 4.6　面向国家2035年重大战略需求钛合金材料产业技术预判和战略布局 075 第5章　高性能纤维材料 077 5.1　高性能纤维产业发展的背景需求及战略意义 077 

5.2　高性能纤维产业的国际发展现状及趋势 081 5.3　高性能纤维产业的国内发展现状 088 5.4　发展我国高性能纤维产业的主要任务及存在主要问题 096 5.5　推动我国高性能纤维产业发展的对策和建议 098 

5.6　面向国家2035年重大战略需求高性能纤维产业技术预判和战略布局 099 第6章　稀土新材料 102 6.1　稀土新材料产业发展的背景需求及战略意义 102 6.2　稀土新材料产业的国内外发展现状及趋势 105 

6.3　发展国内稀土新材料产业的主要问题及对策 118 6.4　面向国家2035年重大战略需求稀土新材料产业建议 121 第7章　超高强度钢 125 7.1　超高强度钢产业发展的背景需求及战略意义 125 

7.2　超高强度钢产业的国际发展现状及趋势 129 7.3　超高强度钢产业的国内发展现状 145 7.4　发展我国超高强度钢产业的主要任务及存在主要问题 158 7.5　推动我国超高强度钢产业发展的对策和建议 160 

7.6　面向国家2035年重大战略需求超高强度钢产业技术预判和战略布局 161 第三篇　关键战略材料　　 163 第8章　高温合金 164 8.1　高温合金产业发展的背景需求及战略意义 164 8.2　高温合金产业的国际发展现状及趋势 172 

8.3　高温合金产业的国内发展现状 176 8.4　发展我国高温合金产业的主要任务及存在主要问题 181 8.5　推动我国高温合金产业发展的对策和建议 183 8.6　面向国家2035年重大战略需求高温合金产业技术预判和战略布局 184 

第9章　高效石油工业催化材料 186 9.1　高效石油工业催化材料产业发展的背景需求及战略意义 186 9.2　高效石油工业催化材料产业的国际发展现状及趋势 190 9.3　高效石油工业催化材料产业的国内发展现状及趋势 195 

9.4　发展我国石油工业催化材料产业的主要任务及存在主要问题 200 9.5　推动我国石油工业催化材料产业发展的对策和建议 202 第10章　高性能二维材料膜 208 10.1　高性能二维材料膜产业发展的背景需求及战略意义 208 

10.2　高性能二维材料膜的国际发展现状及趋势 209 10.3　高性能二维材料膜的国内发展现状及趋势 218 10.4　发展我国高性能二维材料膜产业的主要任务及存在主要问题 230 10.5　推动我国高性能二维材料膜产业发展的对策和建议 231 

10.6　面向国家2035年重大战略需求高性能二维材料膜产业技术预判和战略布局 231 第11章　锂离子电池材料 237 11.1　产业发展现状 238 11.2　技术现状和发展趋势 240 第12章　压电陶瓷和微波介质陶瓷材料与元器件 244 

12.1　压电陶瓷材料与元器件的现状和发展建议 244 12.2　微波介质陶瓷材料及其元器件发展建议 251 第四篇　前沿新材料　　 259 第13章　增材制造金属材料 260 13.1　增材制造金属材料产业发展的背景需求及战略意义 260 

13.2　增材制造金属材料产业的国际发展现状及趋势 266 13.3　增材制造金属材料产业的国内发展现状 269 13.4　发展我国增材制造金属材料产业的主要任务及存在主要问题 274 13.5　推动我国增材制造材料产业发展的对策和建议 276 

13.6　面向国家2035年重大战略需求增材制造金属材料产业技术预判和战略布局 277 第14章　智能仿生材料 280 14.1　智能仿生材料产业发展的背景需求及战略意义 280 14.2　智能仿生材料产业的国际发展现状及趋势 286 

14.3　智能仿生材料产业的国内发展现状 288 14.4　发展我国智能仿生材料产业的主要任务及存在主要问题 293 14.5　推动我国智能仿生材料产业发展的对策和建议 295 14.6　面向国家2035年重大战略需求智能仿生材料产业技术预判和战略布局 296 

第15章　液态金属材料 298 15.1　液态金属产业发展的背景需求及战略意义 298 15.2　液态金属产业的国际发展现状及趋势 299 15.3　液态金属产业的国内发展现状 307 15.4　发展我国液态金属产业的主要任务及存在主要问题 313 

15.5　推动我国液态金属产业发展的对策和建议 317 第16章　气凝胶材料 320 16.1　气凝胶材料产业发展的背景需求及战略意义 320 16.2　气凝胶产业的国际发展现状及趋势 326 16.3　气凝胶产业的国内发展现状 332 

16.4　发展我国气凝胶产业的主要任务及存在主要问题 345 16.5　推动我国气凝胶产业发展的对策和建议 348

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