2021新材料产业十大关键词：国产碳纤维上天、ArF光刻胶、最纯净的砷化镓……

新材料（new material）是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。结构材料主要是利用它们的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能。如新型陶瓷材料，非晶态合金 (金属玻璃) 等。功能材料主要是利用其所具有的电、光、声、磁、热等功能和物理效应。

前瞻产业研究院持续聚焦细分产业研究23年，并利用对各行业长期跟踪搜集的一手市场数据，精心编制《100大行业全景图谱》。图谱汇集能源电力、半导体、大健康、节能环保、信息科技、高端制造、新材料、智慧城市等12大领域，涵盖100大细分产业，对不同产业产业特征、发展现状、竞争格局与前景趋势等进行针对剖析，希望为我国产业转型与经济高质量发展提供决策参考与启迪，助力更多企业快速探寻新的经济增长点与产业创新之道。

在本文中，前瞻经济学人根据《100大行业全景图谱》，盘点了2021年新材料产业的十大关键词，看看在这不平凡的一年中，新材料产业迎来了什么新变化与新发展。

2021年6月，由光威复材提供的国产T800H级碳纤维、上海航天八院设计研制的直径为3.35米的复合材料液氧贮箱低温力学试验顺利完成。上海航天方面表示，这是国内大型复合材料液氧贮箱首次应用国产碳纤维，且通过工程应用量级的试验验证，标志着我国复合材料液氧贮箱已经初步具备工程应用能力，后续预计将在我国新一代运载火箭上实现工程应用。

碳纤维与其他产业不同，是一种先进的基础材料。可以造航天飞机、科技和战斗机，也可以造汽车、建筑、风电叶片、保温材料，还可以造球拍和鱼竿等小物件。由于其军民两用的特殊性，美国对于碳纤维技术进行了严密的封锁，尤其是针对中国。根据瓦森纳安排，任何向中国出售碳纤维技术和产品个人和组织，美国都有权进行逮捕。

近几年，随着航天技术进步和国产碳纤维的发展成熟，航天发动机壳体开始采用缠绕工艺应用碳纤维复材。目前，该领域对碳纤维产品的需求正处在放量阶段。复合材料缠绕壳体进入火箭发动机，是从直径比较大的商业火箭发动机产品开始应用的，实现了比较好的效果。同时这也意味国产碳纤维上天的梦想正在一步步成为现实。

2021年6月，中国科学技术大学朱彦武教授、常州第六元素科技股份有限公司瞿研博士和新加坡国立大学/曼彻斯特大学Kostya Novoselev教授等联合撰文，主要以中国石墨烯产业发展和标准化过程中的若干进展作为案例，从石墨烯材料技术发展的角度，提出建立一个连贯而分级的石墨烯标准化体系，并对在该过程中应该予以关注的技术要素和可以发挥作用的主体角色提出了建议。

近年来，石墨烯研究比较活跃的国家例如英国、美国、日本、韩国和中国等都在积极参与国际标准制定，数十项新的国际标准正在研究与讨论中。不过，部分上层标准尚存在空白，一些工业发达国家正在迅速发展与具体技术和应用关联的标准。被强有力的石墨烯产业化驱动，中国在国家和地方政府层面以及相关行业与市场方向上发布了多项石墨烯相关标准，力图为石墨烯这一新材料成为商品、进入市场提供指导和经验。

近年来在地缘政治与大国科技战的大环境下，芯片被时常提起，因此引发起背后整个集成电路产业的热度迅速提升，当中光刻胶领域也迎来了特别关注。

光刻胶主要应用于显示面板、集成电路和半导体分立器件等细微图形加工作业，是光电显示和半导体领域的重要上游原材料，当中高端光刻胶是最典型的"卡脖子"关键半导体材料之一。

2020年12月，南大光电自主研发的ArF光刻胶产品通过使用认证，成为国内通过产品验证的第一只国产ArF光刻胶，同样打破西方垄断，实现国产ArF光刻胶从0到1的重大突破。从MO源，到ArF光刻胶，再到含氟气体，南大光电都交出了漂亮答卷，背后努力攻关、一往无前的科研精神，也给中国制造带来诸多启示。

能耗双控，即能源消耗总量和强度双控。2021年政府工作报告提出的今年发展主要预期目标包括：单位国内生产总值能耗降低3%左右。

2021年8月，国家发改委公布今年上半年能耗双控目标完成情况，9个省份不降反升。为了确保完成全年能耗双控目标特别是能耗强度降低目标任务，个别地区开始对一些企业实行限电限产措施，尤其是高能耗企业，受到了“开二停五”、“限产90%”等严格约束，企业生产运营受到较大冲击。此后局部地区由于煤电供需问题，导致部分生产生活用电需求受到影响。

控制高耗能、高排放项目发展的大背景下，也对新材料产业产生了影响。比如，化工新材料项目审批收紧以及落后产能淘汰加速。

2021年8月，美国西北大学Mark C. Hersam、莱斯大学Boris I. Yakobson报道首次成功的在Ag(111)基底上合成双层硼烯材料。12月，中科院物理所 陈岚 研究员、 吴克辉 研究员和中科大 武晓君教授成功的在Cu(111)基底上合成了面积达到毫米级的双层硼烯。

过去几年间，人们发展了多种单层2D硼材料，但是因为硼电子结构表现开层特点，导致这些单层硼材料表现了在空气气氛中氧化的缺点。因此2D硼材料难以构建形成器件。因此人们转而研究双层硼烯材料，因为通过层间共价键合作用能够提供更好的稳定性。而且，计算化学结果预测了多种多样的稳定双层硼烯材料，能够有望具有反铁磁性、双重Dirac锥、Dirac节线、Dirac费米子等特点。

2021年12月16日，全球首条无钴电池量产线在安徽省马鞍山蜂巢能源生产基地正式投用，蜂巢能源无钴电池和HEV电池开始量产下线。

据了解，蜂巢能源项目总投资110亿元，将在我市建设全省首个集研发与生产为一体的动力电池、电芯及PACK生产研发基地，全部建成达产后年产能达28 GWH。此次量产下线的无钴电池、HEV电池，产品使用寿命长，安全水平高，技术水平全球领先，已全面应用于新能源汽车量产装车。产线达产后，将新增产能3GWH，年新增产值22.5亿元。

2021年12月28日，智慧芽旗下智慧芽创新研究中心最新发布《第三代半导体-氮化镓(GaN)技术洞察报告》（以下简称“报告”），从技术角度全面洞察分析了氮化镓这一产业的诞生、产业发展和未来突破。

报告显示，国内产业链基本形成，产业结构相对聚焦中游，中国企业纷纷入场。全球在氮化镓产业已申请16万多件专利，有效专利6万多件。其中，保护类型以发明专利为主，行业技术创新度比较高。报告指出，该领域中美日技术实力较强，中美日市场较热。

在报告展示的氮化镓技术的日常应用场景中，丰田与日本名古屋大学合作开发“全氮化镓汽车”，且目前宝马也已经加入氮化镓汽车应用这一阵营；与此同时，氮化镓快充走进日常生活，华为氮化镓快充充电器面市，拥有大功率、超级快充、轻巧便捷的特点，支持手机、平板、PC电脑等设备充电。

作为一款性能出众的半导体材料，砷化镓（GaAs）能够为手机和卫星等技术产品提供重要的支撑。然而在商业推广之前，我们还得努力提纯这种材料，以免杂质对最终产品的性能造成不利影响。

2021年，来自普林斯顿大学的一支研究团队，介绍了他们打造的迄今最纯净的砷化镓样品——每百亿才含有一个原子杂质。SCI Tech Daily指出，如此夸张的纯度等级，甚至超越了重新定义“1公斤”标准的“世界上最纯的硅单晶”。

至于该GaAs样品的诞生，其实并非源于太空环境。研究人员先是将超纯样品带到了该校工程学院的地下室，将其冷冻到比太空还低的温度，并用强大的磁场来包裹它。接着加上电压，通过夹在材料结晶层之间的二维平面来发送电子。有趣的是，在降低磁场强度时，研究人员们观察到了一系列奇妙的效应。

2021年3月，国际顶级期刊Nature(《自然》杂志)宣布再推出两本新子刊，分别是Nature Cardiovascular Research(自然-心血管研究)、Nature Synthesis(自然-合成)，将于2022年1月开始线上出版。与Nature近两年推出的新期刊相同，这两本新期刊也将只有在线版，没有印刷版。

据悉，Nature Cardiovascular Research杂志将支持、发布和传播心血管生物学和血液学在基础、转化、临床和公共卫生研究方面的原创和重要进展。而Nature Synthesis杂志将发表合成化学和材料科学具有重要意义的技术进步，这些技术将揭示出生产化合物和材料的更有效或更有利的途径。

此前，2019年Nature推出2本新子刊、2020年推出3本新子刊，这次再推出2本新子刊，Nature子刊总数已多达58本，其中研究期刊36本、综述期刊22本。在CNS三大期刊中，就子刊数量而言，Nature已超过了Cell和Science之和。

2021年12月，人力资源和社会保障部公布了“2021年度高层次留学人才回国资助计划”，全国仅30人的名单中，就包括了新材料研究领域的杰出人才。“二维叠层材料”研究生有杰出成就的夏娟。

夏娟是电子科技大学基础与前沿研究院的研究员、博士生导师；她不到24岁就入选电子科技大学“百人计划”，获得正高级职称并成为硕导，25岁成为该校历史上最年轻的博导。她也是这次“2021年度高层次留学人才回国资助计划”四川省唯一入选者。

她所做的研究，就是将一类叫“二维叠层材料”的新型低维半导体用于压强传感器中，由于这类材料薄到原子级别，其灵敏程度极高，且兼具高柔韧性、高机械强度等独特优势，非常有利于制备能够适应极高压等恶劣环境的新型压强传感器。正是这项高压物理研究，夏娟在国际顶级期刊《自然·物理》（NaturePhysics）上发表了论文——《二硒化钨-二硒化钼双层异质结的层间强耦合及高压调控研究》，开创了电子科大在该期刊上发表原创文章的先河。

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