新材料技术总述

新材料技术产业化综述国内概述1、前景新材料是高新技术及其产业发展的基础和先导，它广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，处于高新技术产业链的上游。新材料的创新为下游产业的发展提供了机遇，可极大地带动高技术产业的突破和发展，而下游高技术产业的发展又能极大地刺激和推动新材料产业的发展。以电子材料为例,单晶硅和其他半导体材料的问世和应用,奠定了微电子技术的发展基础,而随着电子信息产业的迅速发展,又极大地促进了半导体等电子信息材料技术及其产业的不断发展。新材料产业的下游产业涉及广泛，包括汽车、航空设备、通讯设备、家电、IT行业以及房地产、交通运输、城市建设等诸多领域。以上领域目前正处在高速发展时期，对新材料的需求巨大。以电子、光电领域需求为例，到2010年，我国所占世界的市场份额约为10%，即我国光电子产品的年总产值将达到2000亿元人民币，由此将极大增加对集成电路材料、敏感元器件材料、光导纤维、磁、光记录材料的需求，而我国大直径硅片、大容量光纤、敏感材料等方面，需求大而产量低，大部分依赖进口，这为新材料行业的发展提供了历史机遇。再以磁性材料行业为例，我国稀土资源非常丰富，稀土永磁材料的发展迅猛异常，全世界的年平均增长值为23%，而我国则高达60%。据预测，2010年我国的产量将达5.4万吨，产值31亿美元，即使如此，也难以满足市场需求，供给缺口巨大。根据“十五”计划彩色电视机、移动电话、固定电话机、计算机、汽车、摩托车等对磁性材料总计需求量高达310873吨，而到2005年，我国磁性材料预测最大产量只有153980吨，缺口高达156893吨。2、政策与基地新材料是高新技术产业的重要组成部分，是其他高新技术产业发展的先导和支撑。新材料的发展不仅将促进高新技术产业的形成与发展，同时还将带动传统产业和支柱产业的改造和产品的升级换代，因此国家历次科技发展规划都把新材料作为优先发展的领域，不断加大对新材料领域的支持力度。国家先后通过国家计委高技术产业化新材料专项、国家科技攻关计划、火炬计划、863计划、973计划、国家自然科学基金、中小企业创新基金等七个项目大力支持新材料行业的发展。同时，国家还加大对新材料产业科技攻关经费的支持，2003年投入的经费在5亿元以上。为推进新材料产业的发展，科技部批建了一批新材料产业化基地，这是继高新技术开发区之后的又一促进科技成果转化及产业化的有效形式。自1995年海门被列为第一个火炬计划国家新材料产业基地以来，目前已在全国的20个省市建立了37家区域性新材料产业基地，仅2003年科技部就批准建立了“新材料产业基地”20家。3、各地近年来，北京、上海、深圳、天津、浙江、江苏、山东等省市，都将新材料产业列为高新技术产业发展的重点领域，纷纷制订产业发展规划，出台相应的扶持政策，新材料产业正处于一个全新的发展时期。目前，从全国来看，新材料产业发展领先的前三个省市分别是北京、上海和深圳，三地的新材料产业的工业总产值的增长率都在20％以上。2002年上海的新材料产业的工业总产值已达到了425亿元（包括钢铁、化工等行业的新材料产品产值），深圳的新材料产业的工业总产值也有64.32亿元。另外，三地还集中了12家新材料的业绩优良的上市公司，它们已成为推动三地新材料产业快速发展的主导力量。从表1所列发展规划来看，它们的发展方向既体现了各自新材料产业的比较优势，又基本涵盖了目前最具现金流和未来最具竞争力的新材料领域，预计未来的几年内京沪深三地的新材料产业仍将保持它们在全国范围内的领先优势。表1：北京、上海、深圳的新材料重点发展方向地区重点发展领域北京光电子材料、新能源材料、纳米材料及技术、超导材料及技术、钕铁硼永磁材料、生物医用材料、特种难熔合金及高温材料、钛合金精铸技术、新型汽车材料、先进建材上海新型钢铁材料、新型化工材料、纳米材料及技术、新型咼分子材料、复合材料、新型建材深圳新能源材料、纳米材料、有机硅材料、永磁材料、高分子功能材料和复合材料4、资本市场截止到2003年12月末，全国范围内共有55家以新材料为主营业务的上市公司，资本市场上新材

料板块的表现引人瞩目。下表2是部分重点新材料类上市公司的2003的业绩情况。表2：新材料类的部分上市公司的业绩名称主导产品2003年每股收益主营业务收入增长2002年2003年浙大海纳单晶硅等半导体材料0.132%-16%中钨咼新钨钻合金材料0.225%8%东方钽业电容器级钽份和钽丝0.05-66%6%安泰科技稀土永磁、功能材料、超硬材料、精细金属制品、生物医用材料0.3319%48%中科二环钕铁硼永磁材料0.2826%45%皖维咼新高性能纤维材料0.1646%63%稀土咼科稀土金属及其化合物0.09-4%65%鑫科材料铜基合金材料、金属基碳纤维、复合材料、粉末材料0.1324%4%星新材料有机硅材料0.2435%56%天通股份软磁铁氧体材料0.3115%13%金瑞科技电子基础材料、触媒合金、超硬材料—0.0613%50%宝钛股份钛及钛合金0.306%11%长园新材热缩材料0.1636%31%厦门钨业仲钨酸铵、氧化钨、钨粉0.45-18%34%时代新材橡塑材料0.3653%31%广东榕泰ML复合材料0.3327%8%太原刚玉钕铁硼磁性材料0.026%28%津滨发展钕铁硼永磁材、稀土永磁材料0.0352%1%中国化建玻璃纤维等新材料0.2019%25%行业平均0.196421.8%31.4%从上表可以看出，2003年新材料类的上市公司的业绩相当不错，19家公司的平均每股收益接近0.20元，其中超过0.15元的有12家。除浙大海纳外，2003年上表所列的新材料类的上市公司保持了十分强劲的增长势头，19家公司内有12家的主营业务收入的增长速度超过了20％，其中皖维高新高达63％。新材料类上市公司的迅速成长吸引了资本市场的广泛关注，早在2002年安泰科技就入选了深圳成分股。光电子材料（一）国际光与电的结合是促成全球信息构架的基本科技，靠电子与光子共同完成信息的获取、传输、储存显示、处理的材料称之为光电子材料。随着信息技术向数字化、网络化的方向迅速发展，超大容量信息传输和超高密度信息存储、超快实时信息处理已成为信息技术追求的目标。因而电路正向高集成度，小线宽的方向发展；电子元器件正向微型化、多功能化、模块集成化的方向发展。因此，信息的主要载体也逐渐由电子器件向光子器件演变，发展光电子材料和器件，特别是以半导体微结构材料为基础的光电子技术是信息技术发展的关键，使得光电子材料成为新材料发展最活跃的领域之一。各国的研究结构、大学和各大跨国公司都投入大量的人力物力进行研究开发，并在光通信、光显示、光储存、全固态激光器和强光应用等方面取得了进展。预计到21世纪中期，光电子产业将超过电子产业的规模和影响。目前，信息光电子技术正处在由“分立器件”走向“集成芯片”的转折期，发展趋势是：体器件向波导器件发展，单个器件向阵列化发展，分立器件向集成化发展，固定参数器件向可调谐器件发展，手工组装向自动化组装发展。相应地，光电信息功能材料的发展趋势是：材料结构由体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，而且材料器件一体化趋势明显，正在向功能集成芯片和纳米结构材料方向发展，材料系统由均匀向非均匀、由线性向非线性和由平衡态向非平衡态发展，材料生长制备的控制精度向单原子、单分子尺度发展。1、高亮度发光材料以砷化镓为代表的化合物半导体材料是最重要的光电子材料之一，发光二极管（LED）及激光二极管（LD）是其最重要的应用之一。红、绿、蓝发光器件（LED和LD）具有体积小，耗电少，寿命长及可靠性高等特点，广泛用于全色显示、高密度信息存储、交通信号灯和刹车灯、家电、仪器、仪表指示等方面，市场容量巨大。其中光显示技术在信息产业中占据着十分重要的位置，包括无机发光二极管（LED）、液晶显示（LCD）、阴极射线管技术（CRT）以及近年来发展迅猛的等离子体（PDP）、场致发射（FED）和有机发光二极管（OLED）等新型平板显示技术。而平板化已成为显示技术的发展趋势，预测5—10年内，PDP、FED和OLED有可能分别成为40英寸以上、20—40英寸以及20英寸以下显示应用领域的主要产品。全球高亮度LED销售额预计2005年为45亿美元，2010年将达200亿美元。目前，日美两国几乎垄断了高亮度LED市场，其中日本日亚公司占有59%的份额。近期美国Cree公司已成功地在SiC单晶衬底上制备出InGaN蓝色和绿色LED，使其亮度提高了一倍，并实现了商品化。不断提高发光效率和功率，降低成本，研制可用于照明的白色LED是LED研发的最终目标，也是举世的热点。目前通过光学方法，混合红、绿、蓝LED或是在蓝色LED上加荧光体的办法，虽然也可以产生白光，但每流明的价格要比普通百瓦灯泡高两个数量级。所以LED目前只能在低功率的应用中使用，要取代白炽灯用于普通照明，GaN基LED材料技术的突破将起到很关键的作用。在九十年代有机发光二极管©LED）的发展速度差不多和LED一样快，但在高亮度和可靠性方面还远远不能和LED相比，目前主要用于室内和车内显示，它是LCD的未来竞争者。激光二极管（LD）是化合物半导体光电子材料的另一个重要应用领域，由于其效率高（60%）、体积小、可靠性好和价格低等优点，日益广泛应用于光通信、光存储及全固态激光器①PL）等方面。可见和紫外全固态激光器（DPL）在大屏幕显示、光储存、和深紫外光刻等方面具有诱人的应用前景。2、人工晶体材料光电子材料的研究是信息时代光电子技术应用的基础，而人工晶体的研究在其中起着中心作用。目前在光电子领域应用的人工晶体材料可简单地分为激光晶体和非线性光学晶体两大类，是高速光纤通信系统和新一代激光系统的基础材料。（1）激光晶体：主要包括Nd：YAG、Nd：YV04、Ti：A1203、LiSAF和LiCAF等，其中YV04类晶体广泛应用于高速光纤通信DWDM系统中大量使用的光隔离器。（2）非线性光学晶体：主要有BBO、LBO、CLBO、KDP、DKDP和新型深紫外倍频晶体等。其中LiNbO3晶体广泛应用于高速光纤通信DWDM系统中大量使用的光调制器和光波导系统，以扩展激光的有限光谱范围；非线性光学晶体也是开发新一代激光器一一全固态激光器（DPL）的基础材料。3、高速信息传输和光纤通信领域在信息技术中，光子作为信息载体来实现信息的产生、传输、存储、显示和探测处理，不仅响应速度快，而且信息容量大，比电子通信载体提高了三个数量级。光电信号转换能力和电子线路速度的限制构成了当代全球骨干通信网络和高速信息处理的瓶颈，因而发展以半导体微结构材料为基础的光电集成和光子技术，突破信息网络和高速信息处理中的瓶颈，是21世纪初面临的最重大的科学挑战之一。以单信道高速系统为基础，波分复用和时分复用等先进的多信道光纤通信系统疾速发展，全光网和智能光网将成为现实。光电子器件，包括光收发器件、光复用／解复用器、光放大器与光色散补偿器、全光节点器件以及低成本、小型化的光接入网专用器件等已成为世界上竞争的关键技术。（二）国内国内在光电子材料与器件领域已经实现了量子阱材料和器件、DFB激光器、光电集成芯片和光子集成芯片等关键技术上的突破，进而研制成功了用于高速光通信、光存储和光显示等领域中的几十种关键器件，并实现了商业化。在863计划的支持下，在光电子领域已经形成了北京、武汉、石家庄、深圳、长春和上海六大科研成果转化产业基地，初步形成了我国光电子产业高科技企业群：武汉基地：基地近年连续数届进入我国“高科技百强企业”产品中用于光开关的半导体光放大器开始批量供应国际市场，2.5Gb/s的SDH光收发模块已经全面达到国际同类产品的各项技术指标。深圳基地：深圳市把光电子产业的发展放在很重要的地位，现承担课题任务的企业有深圳开发、飞通等四家，并正在扩大。掺铒光纤放大器、DWDM复用/解复用器，以及蓝光LED正在进入量产阶段。长春基地：半导体激光器泵浦的绿激光器项目已经列入国家计委的“国家产业化示范工程”项目。石家庄基地：先后引资成立了汇能公司和立德公司。汇能公司已经具备了大规模生产高亮度红、黄、橙发光二极管外延材料的能力。立德电子有限公司主要从事超高亮度发光管产业，项目一期总投资7100万，将达到年产高亮度发光管外延材料3万片、芯片3亿粒的规模。北京基地：在研究上以清华、北大和中国科学院半导体所的雄厚实力为依托，通过引资并引入现代企业管理机制，中科院半导体所光电子器件国家工程研究中心成立了海特光电子有限责任公司光电子工艺中心一部分与北京大学和外来资金成立了福创光电子股份有限公司。永磁材料（一）国际稀土永磁材料作为一种重要的功能材料，已广泛应用于信息、能源、交通、机械等领域。其中，钕铁硼材料最具优势，是目前发展的主流产品。在信息通信领域，如果说半导体集成电路的发明和应用给现代信息产业安上了大脑，那么高性能稀土永磁材料的应用则赋予了它活动行走的四肢和飞翔的翅膀。在现代信息社会中，每时每刻都需要进行大量的信息处理，如信息存储、复制、传输等，磁性材料和半导体是完成上述功能的两大最重要的基础材料。钕铁硼永磁材料广泛应用于计算机通信领域，如计算机的硬、软磁盘和VCD、DVD驱动器、CD-ROM、CD-PICKUP,无线通信用的传呼机、移动电话，以及复印机、传真机等。随着电子信息产业的飞速发展，对稀土永磁材料的需求也越来越大。同时随着材料性能的提高和价格的降低，其应用领域将越来越广泛，为稀土永磁材料的进一步发展提供了广阔的市场空间。在机械能源领域，电机的发展趋势是微型化和高效化，微型特种电机（微特电机）是永磁材料的最大应用领域。使用稀土永磁材料钕铁硼的永磁电机替代现有电机，不仅体积缩小，效率提高，而且带来显著的环保节能效果。目前全世界微特电机的年贸易额超过50亿美元，微特电机的年产量已达30多亿台，而且仍在以10%的速度逐年稳定增长。稀土永磁微特电机可广泛应用于汽车，机床数控系统、电动工具、军用机械部件、大型工业机械以及民用领域（如空调机、冰箱、洗衣机等）。在交通环保领域，现代汽车工业中是应用永磁材料的重要领域。现在一辆汽车中约有70余处要用到永磁体，而且今后所用的永磁体会随着汽车的电子化而越来越多，预计钕铁硼永磁材料将占到其中60%的份额。使用稀土永磁材料钕铁硼的永磁电机替代现有电机，不仅体积缩小，效率提高，而且带来显著的环保节能效果，现在世界各国正大力研制开发无污染的电动汽车，钕铁硼永磁电机将是其中的重要组成部分。

在现代医疗领域，自八十年代中期钕铁硼永磁材料的出现和发展，使永磁式MRI-CT核磁共振成像设备迎来了新曙光。采用最新钕铁硼永磁，重量仅4-5吨，是传统铁氧体永磁的1/10，而磁场强度提高1倍，使图像清晰度大大提高，并节省了大量原材料。稀土永磁材料自60年代发明以来已发展到第三代，钕铁硼产值在永磁材料总产值中的份额由1970年的不到1%到1990年的超过10%，2000年达到45%。近年来，全球钕铁硼市场增长率在15—25%之间，2002年全球钕铁硼的需求量已达到2万吨。（见图1）世界稀土永磁钕铁硼产业主要集中在日本、中国、美国和欧洲，日本的主要企业日本住友公司、信越公司、TDK公司，美国有美国通用汽车公司等3-4家企业，欧洲只有1家。行业特点是企业投资大、规模大，如日本住友公司一条生产线的月产量就能达到300吨，年产值2亿美元。目前，世界上绝大多)吨(量产)吨(量产图1世界钕铁硼产量分布情况数探明储量的稀土资源集中在中国，随着全球制造业向中国的转移，中国稀土材料制备过程的优化及高端产品的开发与产业化将会是新世纪中国新材料产业发展的亮点。（二）我国现状我国作为稀土大国，稀土永磁钕铁硼在国际市场中占较大的份额。到了2002年，中国烧结钕铁硼产量已经占到世界总产量的40%，年平均增长率达43%；粘结钕铁硼已占到世界总产量的18%。“九五”期间，在国家的大力支持下，我国稀土永磁产业化取得了巨大的成就，走出了一条具有中国特色制造工艺、中国特色的制造设备、低成本的中国特色的道路。同时，在市场竞争中出现了一批规模较大、效益好的企业。目前国内年产能力上百吨的企业有30多家，主要分布在北京、浙江和山西等地，而产能百吨以上的企业现已达10余家，其中宁波科宁达、宁波韵升在的2003年产能均在2000吨/年以上。中国科学院三环公司（中科三环）是目前中国最大的稀土永磁企业集团，其生产能力与产量占全国的1/4，全球名列第三。同世界水平相比，我国产品档次低、附加值低，在一致性和耐用性上普遍低于国外产品，主要应用在低档的音响设备、磁选矿设备以及日常磁化器上；而国外产品则大量用在永磁电机、计算机、核磁共振等高技术领域。因此中国稀土永磁材料的产量虽然接近日本，但产值不到日本的1/3。在未来10年的时间内，中国的稀土永磁钕铁硼将在国际市场上赢得更大的份额。预计到2010年，我国烧结钕铁硼磁体产量将达到7万吨，占全球的75%；粘结钕铁硼磁体产量达到1万吨，占全球的50%；年产值将达260亿元人民币。因此应大力开发新型稀土永磁材料，将我国资源优势转化为产业优势，带动高新）吨（量产）吨（量产图2全球和中国烧结钕铁硼产量的增长预测图技术产业及相关行业的迅猛发展。全球和我国烧结钕铁硼产量的增长预测图，见图2。我国在生产钕铁硼磁体方面遇到两方面的障碍——专利制约和技术制约。专利制约：烧结钕铁硼为日本住友专利，粘结钕铁硼为美国GMQ专利，而购卖专利销售权的条件非常刻苛。我国烧结钕铁硼年产量已超过5000吨，几乎占全球一半，但因受专利限制出口困难，产品价格尚不及国际市场的1/2。技术制约：由于技术上的困难，稀土粘结磁体成为我国稀土永磁生产中的薄弱环节，如粘结磁体因生产磁粉的技术不过关磁粉完全依赖从美国GMQ公司进口。新能源材料（一）国际能源和环境是人类面临的两个严峻问题，而能源问题仍然是影响生态环境的首要问题。随着传统能源的日益枯竭，新能源产业将成为世界经济未来发展的奠基石。而能源材料又是新能源技术的关键同时，信息产业的快速发展也对储能器件不断提出新的要求，因此新能源材料已引起全世界的广泛关注。其中充电电池技术是重点发展领域之一。美国巴特尔研究所将充电电池技术列为21世纪十大关键技术的第二位。充电电池属于储能器件，主要包括锂离子电池和镍氢电池，另外还有镍锌电池、金属空气电池等。同时，燃料电池作为新型清洁能源，也倍受关注。燃料电池包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、氧化物燃料电池（SOFC）。燃料电池在内燃机和微型涡轮中具有重要应用前景，其中质子膜交换燃料电池（PEMFC）目前最为瞩目。1、锂离子电池锂离子电池是目前综合性能最好的电池体系。正极主要是含锂的过渡金属氧化物（如LiCoO2和LiMn204）,负极主要是碳素材料（如石墨），电解质是含锂盐的有机溶液。由于它不含任何贵重金属，原材料都很便宜，降价空间很大。锂离子电池作为新一代的充电电池，近十年来迅速发展，以其高性能价格比优势在笔记本电脑、手机等移动电子终端设备领域占主导地位。Roskill咨询集团公司曾预计2000年-2005年间，全球包括聚合锂电池在内的锂电池市场的需求将增长40%。可以预见，锂离子电池将是未来二次高能电池的主要发展方向。总的发展趋势是由小型电池向动力电池转化，向性能更好、成本更低、更安全的方向发展。根据日本野村综合研究所预计，小型锂离子电池2000－2005年平均年增长9％；小型锂离子动力电池预计2005年生产规模将达10亿美元；大型锂离子动力电池主要用于电动汽车，主要包括混合动力汽车（HEV）。与传统的二次电池相比，锂离子电池具有以下突出的优点：工作电压高：达到3.6V,是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍，小型电子产品用一节电池即可满足要求。比能量高（重量轻）：目前已达150wh/kg,是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍。循环寿命长：已达1000次以上，在低放电深度下可达几万次，超过其他二次电池。自放电小：月自放电率仅为6〜8%，远低于镍镉电池（25〜30%）和镍氢电池（15〜20%）。无记忆效应：可以根据要求够随时充电，而不会降低电池性能。对环境无污染：不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”日本公司是小型锂电池的主要制造商，目前，日本锂离子电池的产量占全球的80%左右：SANYO电机公司计划将月产能力由1500万只提高到2000万只。SONY公司2002年的锂离子月产量预计维持在1500万只左右，将增加聚合物电池的生产能力。松下电池公司守口工厂的月生产能力已达到1400万只，主要生产薄型电池。NEC公司将加拿大MOLI工厂（专门从事PC用圆型锂离子电池产销）出售给台湾的能元科技，在日本专门从事方形电池的生产，现产能300万只/月。东芝公司已将A&T变成100%控股的子公司，目前的产能400万只/月韩国的锂离子电池生产以三星和LG为主。其中三星SDI在2002年将达1200万只，LG化学月产300万只，SKC目前月产150万只左右。台湾能元科技公司购买NEC-MOLI后，圆柱型电池月产300万只，方形电池产能200万只/月。美欧等国的产量非常小，美国有Polystor公司生产液体电池,Valence、Ultralife等公司开发聚合物电池，产量极其有限，法国SAFT公司的重点在于开发军用和空间用电池。锂离子电池材料是锂电发展的基础。它包括：正极材料、负极材料、电解液等。（1） 锂离子电池正极材料正极材料正在从钴酸锂一枝独秀向钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂并存的方向发展。锰酸锂和镍钴酸锂虽然有部分厂家进入小批量生产阶段并应用于电池制造，但仍是研究、开发、试用阶段，需要进一步改进。钴酸锂由于性能稳定，技术成熟，继续成为小型锂离子电池的首选正极材料，预计在未来一段时间内不会有大的变化，而且越小的电池越倾向于钴酸锂。锰酸锂与钴酸锂相比，其突出优点是低成本和较好的安全性能，容量相对低一点，但对体积较大的动力电池而言并不构成明显的弱点。目前应用的主要困难仍然是在较高温度下的容量损失问题，对锰酸锂进一步的研究工作仍在进行中。镍酸锂的突出优点是容量高，原材料成本比较低。近年来大量研究工作集中于提高镍酸锂材料的安全性和稳定性，已有多家公司试产以其为正极材料的电池。（2） 锂离子电池负极材料负极材料方面，商用电池仍以石墨系材料为主，非碳/碳复合材料近期有较大突破，碳材料方面也在向多元化发展。非碳负极材料的研究，自富士胶片公司宣布开发基于氧化锡负极的锂离子电池后成为研究热点，部分接近实用水平。基于锂合金形成机制的材料可储存大量的锂，具有比碳材料高得多的比容量。（3） 锂离子电池电解液锂离子电池关键材料的另外一个重要进步体现在电解液方面，新一代的电解液是根据电池的具体要求并根据所选正负极材料的物理化学特性来设计，高品质锂盐和高纯有机溶剂是基础，同时根据需要选择不同的添加剂和溶剂配方。目前商品电池的电解质中起离子导电作用的无一例外是LiPF6的碳酸脂溶液，无论是液体电池、基于Bellcore技术的固体电池、还是胶体电解质电池，均以此作为基本电解质组成。电解液的进步为锂离子电池多元化作出了实质性贡献。2、燃料电池燃料电池是20世纪末兴起的、被认为是21世纪最有希望替代石油的新能源技术，将成为未来环保汽车的主要动力。燃料电池包括燃料电极(氢气或甲醇、天然气等)和氧化电极(氧气或空气)。燃料电池是一种理想的、高效的能量转换系统，同时也是一种清洁能源，可应用于工业及生活的各个方面，如燃料电池电站、电动汽车及民用电器等场合。根据电池中所用的电解质不同，目前已发展出五大类型：质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、高温固体氧化物燃料电池(SOFC)、中温熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和磷酸燃料电池(PAFC)等。燃料电池及PEMFC电动汽车的市场空间非常广阔，预计2010年北美市场每年销售60万辆低污染电动车，PEMFC电动汽车占50%，总销售额150亿美元/年。世界发达国家及各主要汽车公司都投入大量的人力物力进行氢燃料电池汽车的研究，以PEMFC为动力的各种型号的“零排放”汽车已在发达国家商业示范运行，预计3—4年后，将批量生产并投放市场。在研发方面，Ballard(巴拉德)公司目前处于领先地位，通用汽车公司、福特汽车公司、奔驰公司等大汽车企业也取得了一定的成绩。(二)国内90年代末，我国镍氢电池的发展也初具规模，出现了中山镍氢电池及相关材料中试基地和辽宁三普、天津和平海湾、浙江中大、江苏海四达等一批具备相当生产规模的镍氢电池生产企业。我国从90年代开始有关高性能锂离子电池的研究工作，几乎与国际上同步。国内部分实验室的工作已进入国际前沿，1998年获得两项关于锂离子电池材料的发明专利，其中一项申报了国际专利。目前，小型锂离子电池国内有深圳地区比亚迪(BYD)等公司手工生产具备2亿只/年的生产能力，天津力神公司引进日本设备，形成3000万只/年的生产能力，青鸟华光引进日本技术和设备，产能500万只/年等。锂离子电池的发展在上游将带动设备制造、化工等产业发展，下游将促进微电子、电动汽车等产业的发展。目前在个别材料上有自己的独特技术，电池技术总体上和日本仍有2年左右的差距，经过“十五”的努力有可能缩小至1年，预计我国将形成年产6000万只以上锂离子电池的能力。手机替代电池块基本已为国产电池占领，正在向和手机生产厂家直接配套方向努力。国内研制PEMFC的单位有4—5家，包括北京富原公司、中科院大连化物所、上海神力公司、清华大学核研院、天津大学。北京飞驰绿能公司是一家从事燃料电池的研发和生产的公司，2001年3月由北京、重庆共同出资组建。公司与清华大学核能研究院联合，目前已开发出额定功率为150W、250W、5kW、6.5kW、18kW及30kW六种型号的燃料电池并拥有5项专利技术和21项专有技术，具有自主知识产权，能完成从研发到生产成品的全过程，处于国际先进水平。目前已向中间试验阶段过渡，已于2001年申请在中关村永丰高新技术产业基地建立燃料电池中试基地，现已进入规模生产阶段。纳米材料（一）国际纳米结构具有奇异的物理、化学和机械等性能，它不但在医药卫生、电子信息、制造业、环境与能源、国防军工等方面有广阔的前景，而且可形成高新技术产业群，加速实现传统产业的改造和升级换代。因此，20世纪以来纳米技术已是各国竞相发展的重点领域。1、各国政府对纳米技术高度重视各国政府对纳米技术高度重视，其中发达国家对纳米科技领域的投资集中在基础设施建设和基础技术发展上。美国能源部建成六座国家纳米技术中心（每座投资在3000-5000万美元以上），注重发展长期的、战略性的研究项目，如纳米电子器件、纳米生物、纳米探测仪器和技术等。从1999年开始，美国政府决定把纳米科技研究列入21世纪前10年11个关键领域之一。于2000年2月出台的“国家纳米科技促进计划”（NNI）为确保美国经济发展的优势并抢占相关领域的战略制高点奠定了基础。欧盟的第六框架计划在2003~2006年期间投资7亿欧元用于纳米技术的科研工作，以增强在这一领域的竞争力，赶上美国水平。各国在纳米科技及产业化方向的战略重点不尽相同。美国相对侧重于纳米结构材料的合成、加工和表征；日本主要研究仿生材料、纳米材料测量评估与加工；而德国则把产业化重点放在探索最新纳米结构、超精细表面测量等方面。2、国际纳米材料产业初具规模纳米材料在国际纳米科技发展上始终是产业化最迅速也是应用最广泛、渗透力最强的领域之一。目前市场化和技术成熟度比较完善的是纳米粉体、纳米涂层和纳米改性材料方面。其中很大一部分的核心技术是在纳米粉体的特殊物理化学性质与功能的基础上派生出来的，如，利用纳米Ti02或纳米ZnO粉末的防紫外线护肤用品；利用纳米TiO2增强表面光洁度和反射效果、并可提高防腐与涂层粘结性能的涂料；利用纳米防磨损涂层的刀具及其组件；利用纳米超硬合金涂层的军用船只等方向的应用。近期，纳米材料已经开始被应用在更加尖端的、复杂度与集成度要求更高的电子信息产业中，尤其在硬盘存储设备和超大规模集成电路的性能升级上已经突显出超越传统材料功能瓶颈的强劲优势dntel与IBM等世界半导体巨头已将可控沉积层结构的厚度减小到几个原子大小的水平（1纳米），而一些关键元器件的一维阈值尺寸也己经降到90纳米，并且将在未来几年内继续减小，以此来大规模提高计算速度与存储传输效率。另外，在生物医用领域，被称为纳米脂微球的结构已经被广泛应用在药物传递效率和靶位准确度的提高上，据悉这种脂微球结构直径只有100纳米左右，可把治疗癌症或其它病症的药物囊括其中，药递效果明显提高；而其它一些公司则已经把纳米磁性颗粒引入验血或其它体液的分析检测程序中，以此来提高分离速率与分离的选择度；同时将纳米衍生荧光球或颗粒应用在新型化学与生物检测设备中的技术则可以大幅提高传染或遗传病症早期诊断的准确度和敏感度。在纳米复合材料方面，纳米粉体喷涂工艺的发展也成为纳米材料产业的另一处增长点。利用这项工艺，我们可以在高分子表面镀上一层纳米粉末形成纳米涂层，不仅可以大规模提高材料的抗腐蚀与抗磨损性能，在许多领域可以替代具有相同功能但体重、昂贵的金属或陶瓷铸件，尤其可以满足汽车工业和航空航天工业对器件轻质高效的特殊要求。另外，多家汽车集团已经研制成具有高强度和高抗击力的纳米复合材料部件，预期将在3〜5年内可实现产业化；在催化技术方面，纳米材料应用在催化剂表面则可以提高催化选择性与催化效率、并大幅降低催化剂中毒的风险；在分离和净化技术方面，纳米金属钛和纳米金属镐可以有效的吸附重金属离子和许多生物体，因此而被用在高效节能的液相分离和废液净化中。在光通讯方面，基于纳米光学现象的光电子能带器件，大大提高了光缆系统中多路传输及全程光学数据交换的准确度与传输效率。其中，小型低价的全光学数据交换系统是充分利用光通讯系统带宽和速度的先决条件，而纳米材料及纳米元器件在其中扮演了相当重要的角色。据预期，诸多纳米深层技术的开发也将为信息产业和生物产业的发展提供原动力，但目前仍处在研发或小规模试用阶段，距大规模产业化还有三到五年的差距。例如，利用特殊工艺制作的纳米半导体晶体（量子点阵）正在被试用在生物系统检测上，使得科学家可以在反应过程中利用这项高分辨纳米技术来实时、全景的观测并跟踪复杂生化反应中的分子行为；另外，这些量子点还可以应用于DNA或抗体的矩阵式筛选过程，从而大规模提高筛选效率和准确度。国际研究机构普遍取得共识，认为信息产业将是未来纳米材料充分显现其优势与渗透力的生长点之一。届时，一些目前还广泛处在研发阶段的高新纳米材料技术将会被逐渐纳入产业化轨道，并迅速取代目前广为应用的主流微米级元器件。例如，碳纳米管晶体管将被制造得必现有的任何硅晶体元器件都更加微小且高速，近而提升体集成电路系统的速率与稳定性；分子开关是通向更大规模高密度、廉价内存元器件的钥匙，也将是计算技术更大范围普及的关键之一；另外，单电子晶体管已被证实具有对电荷的高度敏感度因此而被应用在从生物分子探测与识别到量子计算机组件等一系列的前沿领域，并将从很多层面上彻底改变传感器与生物分子识别系统的产业架构。3、纳米科技发展趋向国际化战略纳米技术的发展环境将日益依靠全球性研发战略。一旦各国纳米技术的发展进入轨道，国际间的合作，尤其是在竞争激烈的领域，将会急剧增加。并且，诸多大公司的技术研发则很大程度上依赖跨国资源的配置。在这样的背景下，纳米科技产业的集成度与企业集聚度都将成为衡量一个地区甚至整个国家纳米科技产业化进程的关键指标之一。（二）国内2001年我国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要已明确将纳米科学列为具有重大意义、集中力量、重点突破的研究领域。《国家纳米科技发展纲要》列出5个领域544项目，973计划设立四个纳米科技项目，863计划包含7个纳米科技专题。2001年国家在纳米科技及产业化方向上的总投入近6亿6千万元。在国家诸多纳米科技计划的推动下，我国已经在纳米粉体、纳米功能胶体、纳米薄膜技术及纳米催化技术、纳米自旋电子信息材料及纳米储氢材料等重大工业领域取得了产业化发展的重大突破，业已形成了以北京、上海、深圳为中心的三大纳米材料及纳米科技产业带。1、研发领域成果显著我国目前正处在纳米技术发展曲线的投入阶段，并将至少需要七年的时间才能攀升到曲线的指数性提升阶段。我国以纳米为主题的论文仅次于美国和日本，排名世界第三。我国2001年被国际颇具影响的3个检索系统《科学引文索引》、《工程索引》、《科学技术会议录索引》收录的国际论文，北京以14507（29.1%）篇高居第一，占总量的29.1%，远高于排在第二位的上海（6085篇）和排在第三位的江苏（3636篇）。2、 集成协作、加速产业化纳米技术的发展并不会取代每个分立学科的存在，而将是建立在各个学科独立发展的交集上并覆盖到科学技术的每个角落。学术界、工业界及商业界间的合作分别在国家内与国际间迅速拓延，其趋势甚至超越了研发本身的步伐。工业界和商业领域普遍关心的是将基础科学的发现与成果纵向提升到产业化及商品化的高度；而学术界则对横向间的跨学科交流与互进式协作发展更感兴趣。纳米技术的发展将在各个相关产业的发展中体现出来，尤其是交叉性边缘学科与高集成度的电子信息产业的发展更是要依赖纳米技术来突破其自身的发展瓶颈。3、 低端切入、突破商业化瓶颈纳米技术产业的发展遵循着一定的具有其自身的规律。普遍来讲，初期潜入市场体系的低复杂度纳米工艺，如：纳米涂层；自组装纳米颗粒；一维纳米线性工艺等，将会不断的被趋于复杂设计的下一代高技术含量的产品所取代。我国纳米技术目前还主要集中在相对低端的纳米材料领域，主要纳米产品还集中在纳米氧化物、纳米金属粉末、纳米复合粉体等上，例如纳米碳酸钙、白碳黑、二氧化钛氧化锌，碳纳米管等。而在纳米电子、纳米生物医药与先进现代制造业等方向还具有很大的发展空间生物医用材料（一）国际生物医用材料是用于和生物系统结合，以诊断、治疗或替换生物机体中的组织、器官或增进其功能为目的高新技术材料，是材料科学技术中一个正在迅速发展的高技术领域。临床对各类新型高性能人体硬、软组织修复和器官替换材料日益迫切的需求，大大促进了生物医用材料研究和开发。生物医用材料按照应用分为介入治疗材料、骨科修复材料和人工关节、心脏瓣膜材料、人工血管材料、齿科材料、缝合线材料、人工晶体、透析材料、药物载体等等。生物医用材料和人工器官统称为材料类医疗器械，约占整个医疗器械产值的一半。近20年来全球医疗器械发展很快，每年以10%的速度递增，2000年产值达1700亿美元。预计未来10－15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到药物市场的规模。各国医疗器械发展很不平衡。美国及欧洲有多家生产人体植入物产品的专业厂商，年销售额均在10亿美元以上，其中美国医疗器械的世界市场份额超过40%，美、日、欧约占全球产值的83%：其中美国占42%，相当于半导体工业产值，是美国六个重要出口产业之一；中国约占1.8%左右。目前生物材料产业技术的发展重点一是改进和提高常规生物材料的性能，并开发其在临床的新用途（例如介入导管和支架的临