2024硬科技创新发展白皮书-部分1

●2024中国硬科技创新发展白皮书打造创新经济增长极的全国性、系统性布局，本质上是将新质生产力布局同区域创新布局统筹起来，实现重大科技任务、重大平台、关键人才等要素汇聚，既提升区域科技创新能力，也与国际科技创新中心建设形成互补发展、梯次联动的创新格局，更好发挥区域创新集聚和外溢效应。党的二十大报告在部署完善科技创新体系任务时强调，“统筹推进国际科技创新中心、区域科技创新中心建设”。当前，北京、上海、粤港澳大湾区三大国际科技创新中心创新能级和引领作用持续跃升，西安、武汉、成渝、合肥等区域科技创新中心围绕各自特色优势，加快区域协同配合和辐射带动，2024年度的《中国硬科技创新发展白皮书》设置背景篇、产业篇、城市篇和建议篇四大篇章，尝试从硬科技创新体系化的角度解读硬科技助力全球经济复苏和新质生产力形成，在底层逻辑上将科技创新的各要素、各环节融合在一起进行思考，特别是将国家创新体系重要组成部分——科技创新中心纳入硬科技发展和实践的探讨中来，并瞄准硬科技创新的全要素生态提出具有建设性的措施建议。硬科技所涉及的信息、材料、能源、空间等领域均是具有显著战略性、引领性、颠覆性和不确定性的未来产业，希望通过白皮书对未来产业的全景展示，能够对硬科技、对未来产业的发展形成共识，深化对未来产业技术路线和产业业态的认识。同时，以“硬科技”和科技创新中心作为城市篇研究重点，深入剖析了深圳、西安等“双中心”城市，合肥、武汉等“单中心”城市，以及科创中心建设潜力城市的创新发展的路径和模式，全方位、多维度、深层次展示硬科技创新的城市图景。展望未来，硬科技作为科技领域的顶尖力量，通过长期积累的研究成果，展现出极高的技术门槛和应用价值。为了形成更多符合新发展理念的先进生产力质态，需要集中力量在科研成果的创新性和应用性上下功夫，通过硬科技引领科技创新，推动新兴产业和未来产业协同发展，加快生产要素创新配置和产业结构转变，创造社会全新价值，构建新质生产力。硬科技将是建设科技强国不可或缺的重要引擎!2024中国硬科技创新发展白皮书●背景篇：塑造发展新动能新优势的关键 1 3 3 3 5 6(一)科技创新中心成为硬科技的策源地和集中地 6 7 7硅谷：为硬科技提供创新创业最佳土壤 7东京：打造以硬科技为中心的创新模式 8 8 9 9 9 (三)科技创新体制机制亟待完善 28 ●2024中国硬科技创新发展白皮书二、未来能源 三、未来材料 45 48 (三)脑机接口 76 城市篇：推动区域崛起的重要力量 9 -2024中国硬科技创新发展白皮书● 建议篇：构建硬科技创新的全要素生态 ●2024中国硬科技创新发展白皮书— (一)开展全方位链式协同攻关 (三)建设创新型场景应用平台 (二)健全符合科技金融发展容错机制 (二)聚焦专业服务，打造全链服务 (三)完善政策体系，构建包容环境 -2024中国硬科技创新发展白皮书●塑造发展新动能新优势的关键-2024中国硬科技创新发展白皮书●第三年放缓，从2023年的2.6%降至2024年的经济复苏，经济增速呈现放缓的趋势。从长期来是，我国经济正在经历“转方式、调结构、换动济制度、文化价值规范以及分配机制、激励机制●2024中国硬科技创新发展白皮书端科技供给能力仍旧与国外发达国家存在明显差深刻调整，部分国家推行单边主义、贸易保护主新驱动转型。对于知识系统而言，必须有新的知 2024中国硬科技创新发展白皮书●的互相平衡、共同发展，坚实支撑新质生产力形Technology)是指“事关国家战略安全和综合国产力发展的核心引擎，同时其本身也是新质生产●2024中国硬科技创新发展白皮书动未来产业发展的关键动力，硬科技在未来信未来健康、未来制造、未来能源、未来材料、未来通过提供突破性的解决方案，推动了新产业的形成和产业模式的变革，因而加快形成新型生产关形成、保护、解放和发展新的生产力，进而形成新硬科技作为构建新质生产力不可或缺的重要引模式，为经济社会发展注入强劲动力，不断推动新次重大技术革命出现后的历史机遇期。近现代以一次重大技术革命及相应的产业革命所带来的历史点，展现出科技创新资源密集、科技创新活动集中、科技创新实力雄厚、科技成果辐射范围广可以在一定时期内产生大量颠覆性技术和成果，从而在全球价值网格中发挥显著增值作用并占据领导品、新产业的策源地，而且是全球先进文化和先进动和文化引领四大功能。首先是科学研究功能，集聚众多世界一流大学和科研机构，集人才培养与知是技术创新功能，集聚大量世界级的科技型企业和跨国公司以及风险投资公司，在知识创新的基础上同时能推动传统产业特别是制造业的转型升级高城市和国家实体经济竞争力。最后文化引领功能，科技进步和产业创新会催生新的生产生活方式，塑造新的商业文化，从而引领全人类的文化发习近平总书记在2024年中央经济工作会议上历以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模技创新集群，大量硬科技领域的颠覆性技术不断催生新产业，为产业体系带来“无中生有”的新增自然的能力和效率，通过融合效应改变生产力的组合结构带来生产力质变。面对日趋激烈 2024中国硬科技创新发展白皮书●中国，客观上需要一批高能级的科技创新中心来引和质量，为经济发展注入了新的动力。如前所述，更迭、生产关系变换、民众生活方式巨变。每一个这也意味着哪个国家能够率先引领新一轮科技革一轮经济发展。从科技创新最新进展来看，以光之间、技术之间交叉融合不断迸发颠覆性创新热生产力要素重新组合提供更高能级载体。同时，知重构全球科技和经济版图，加速形成全球创新网性、节点性城市，皆是要厚植科技创新土壤，瞄准成为本国、本地区甚至全球创新资源的集聚中心和创新活力控制中心，进一步推动新一轮科技革命和种全球创新格局和国际竞争形势，我国也提出了一不是瞄准科技创新最前沿领域，竞逐“硬科技”以全球创新“圣地”硅谷为腹地的美国“旧金山湾区”,依托硅谷地区知识、资本的外溢和辐射，圣何塞的高技术产业群、奥克兰的高端制造业，以及旧金山的专业科技服务，通过长期发展构筑了一个“硬科技(辐射)+产业(网络)+制度(环境)”的全球创新中心。从1950年至今，每10年硅谷就会诞生一个世界性的产品，颠覆或创造一个全新产业。硅谷最为突出的特点就是——开放●2024中国硬科技创新发展白皮书片、计算机和软件领域到如今加快发展的人工智量相对较小，东京城市圈占到日本人口的1/3,日面，东京也非常突出”。集结大阪大学、京都大“硬科技之谷”(KeyTechValle 2024中国硬科技创新发展白皮书●康、集成电路为主的战略性新兴产业和以生命科3个国家实验室(张江、浦江和临港国家实验室),以及李政道研究所、张江复旦国际创新中科技创新是国家强盛和民族兴旺的动力源动发展成效显著,科技进步贡献率已超过60%,在新的体制机制有待理顺、科技与产业融合有待深外依赖度也将呈现上升趋势。因此，坚持改革开技术、数字空间等领域扩大对传统安全概念的定瓦解和新供应链体系的重构。例如，在半导体领●2024中国硬科技创新发展白皮书美元)还是数量(2791笔)均已回落至近10年低国一级市场中来源于美国的投资占比从2015年的互联网、大数据及人工智能等新兴技术的突想所需的同时，也加速了“深度伪造”技术的发从而进一步加剧针对不同群体的精准“控制”和式人工智能生成虚假新闻等，人工智能误判、滥和意识的归属问题。随着人工智能系统的日益复 2024中国硬科技创新发展白皮书●的问题依然存在，抑制了科技人才的创新创由风险容忍度更高的直接融资和股权融资提供支量初创期和成长期科技型企业融资难矛盾日渐突占20%,能形成产业规模的只有5%,远低于西方发达国家40%的水平。我国科技经济“两张皮”问●2024中国硬科技创新发展白皮书中的参与度和话语权仍然不足，企业研发投入较心种源等短板技术产品的进口依赖度和集中度较高，面临技术封锁和关键零部件“断供”风险。引领第四次工业革命的核心，算力是AI竞争的关键。美国通过对光刻机、高端芯片禁售，对我国 2024中国硬科技创新发展白皮书● 2024中国硬科技创新发展白皮书●…………照…1.进群福利：进群即领万份行业研究、管理方案及其他学习资源，直接打包下载…………照…非2.非3.报告查询：群里直接咨询，免费协助查找知识星球行业与管理资源专业知识社群：每月分享8000+份行业研究报告、商业计划、市场研究、企业运营及咨询管理方案等，涵盖科技、金融、教育、互联网、房地产、生物制药、医疗健康等；已成为投资、产业研究、企业运营、价值传播等工作助手。来产业，这是牢牢把握未来发展主动权的战略选步全面深化改革推进中国式现代化的决定》中又的关键技术，需要一定时间来进行深度培育和孵因此，白皮书产业篇按照“制造、信息、材未来能源未来材料未来能源未来材料未来制造未来信息未来空间太阳能光伏第三代半导休太阳能光伏第三代半导休留数装籍再制造超导材料造留数装籍再制造超导材料造●2024中国硬科技创新发展白皮书(一)光子包括光刻机、刻蚀机、外延设备等；中游为光芯市场规模。根据LightCounting数据显示，CAGR为16%,发展空间广阔。得益于光芯片国产化内预测，2024年中国光芯片市场规模将增长至(1)激光器芯片。根据谐振腔制造工艺不 (工业)高功率、(通信)高速率。布局创新性激 2024中国硬科技创新发展白皮书●(2)光电探测芯片。光电探测器整体上可分为两大类：一类是光热探测器，一类是光子探测形态计算(类脑计算)以及量子计算等应用场景。光子制造包括超快激光制造和激光增材制造设备成本30%—50%。下游应用可分为消费电子领上游：光学材料及元器件上游：光学材料及元器件晶体、光纤材料激光芯片泵浦源振镜光纤合束器中游：激光器及激光设备激光器JPT光谱Coh精准医疗消费电子高端制造前沿科研图3激光制造产业链市场规模。LaserFocusWorld数据测算，(1)超快激光制造。超快激光技术的加工制及器件阵列制备与集成工艺相兼容，保证高质量、高均一性微型器件及其阵列的快速制备，实现目标100μm以下的微孔，是近年各国大力型加工技术。相比传统的超声清洗只能达到60%的(2)激光增材制造。激光增材制造技术 (LAM)是一种以激光为能量源的增材制造技术。激光能量密度高，可实现难熔金属和合金的成形制造。LAM技术可满足现代工业对难加工金属构件短目前，最具代表性的激光增材制造工艺为激熔化(SLM)和激光近净成形(LENS)技术。植入体激光增材制造技术研究主要包括生物活性材料的术手段，并逐步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段以及新药研发、临床诊断与治光传感器通常是指能够敏锐感应紫外光到红外光的光能量，并将光能量转换成电信号的器件。这敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率。光子一步利用光线的干涉、反射、遮挡甚至透射等去测量多种物理量，例如速度、温度、尺寸、位移等用产业链情况。光传感产业的上游主要是光学器场竞争比较充分，下游使用范围涉及物联网应用层面的智能工业、智能交通、智能电力、智能物约150亿美元。近年来，在智慧城市、物联网、智能移动终端、智能制造、机器人、智能电网、石油 长的主要力量，2023年中国光传感市场规模约为机、电脑显示器、LED背光、智能手机、数码相机流的摄像头都使用CMOS传感器进行信号转换，(2)激光雷达。激光雷达是采用激光发射器挂牧模块激光发S模拟芯片宽、极低传输损耗、较低成本和高保真等优势，光元器件，包括光学材料及元件、光学器件及光模信设备；最后电信运营商等采购通信设备进行组网●2024中国硬科技创新发展白皮书上游上游光器件中游下游数据通信市场光芯片电信市场光模块图6光通信产业链市场规模。2020年全球光通信行业规模达到2020—2026年，数通市场将由53亿美元增长至信号，并经过前置放大器后输出相应功率的电信主，芯片内部包含光芯片、电芯片及其他外围器游由光芯片和电芯片两部分组成，从芯片制造材 2024中国硬科技创新发展白皮书●将达到260亿美元。未来几年，全球各大芯片企(1)光学神经网络计算技术。主要基于空间学计算。与基于电子晶体管的二进制数字计算不线性函数激活等基本算子，可实现光脉冲神经网(2)光量子计算技术。基于光学伊辛机技(二)量子略规划和投资概况来看，美国自2018年启动为期各成员国的配套，总经费超过40亿欧元。2021年1月，法国启动量子技术国家行动计划，5年投资18亿欧元。2023年3月，英国发布《国家量子战资，并吸引至少10亿英镑的额外私人投资。2023年，德国政府通过“量子技术行动计划”,将在新世纪以来，党中央多次强调量子科技关键技术前瞻战略布局，将其列为发展新质生产力的重要新世纪以来，党中央多次强调量子科技关键技术前瞻战略布局，将其列为发展新质生产力的重要一环，国家多部顶层设计规划和专项规划均将量子纳入关键前沿领域的战略研究和技术融通创新。2024年，中央政府工作报告提出，要开辟量子技术等新赛道，创建一批未来产业先导区。工信部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,提出围绕量子信息等专业领域制定专项政策文件，形成完备的未来产业政策体系。数据显示，2023年全球量子信息投资规模达到386亿美元，其中中国投资总额达150亿美元，位居全球第一，中国是目前唯一在光学和超导两种物理体系都达到“量子计算优越性”里程碑的国家。量子科技作为前沿科技领域，其研究与应用探索正以前所未有的速度发展，展现出广阔的前景。从量子科技的国际应用情况来看，主要包含量子计算、量子通信、量子测量三大领域，此外还有抗量子密码等衍生领域。量子计算利用量子比特的叠加态和纠缠态进行计算，有望解决传统计算机难以处理的复杂问题，未来可能在药物发现、材料科学、纠缠和量子密钥分发实现安全、高效的信息传输，未来目标是构建全球性的量子互联网，实现绝对安全的信息传输。量子测量利用量子系统的超高灵敏度，能够进行精密测量，未来将在精密工程、时间纠缠和量子密钥分发实现安全、高效的信息传输，未来目标是构建全球性的量子互联网，实现绝对安全的信息传输。量子测量利用量子系统的超高灵敏度，能够进行精密测量，未来将在精密工程、时间标准、物理常数测定等方面发挥更加关键的作用。抗量子密码旨在开发新的加密算法，确保在量子计算机时代的信息安全，将成为网络安全的新基石。总的来看，量子科技在多个细分领域都取得了显著进展，其发展速度和应用潜力表明，量子科技将成为未来科技革命和产业变革的重要驱动力。时间(年)国家/地区(美元)国家量子技术投资法国德国国家量子计算平台法国美国4个量子项目1.53亿/年国家量子战略国家量子战略(NQS)英国10年投资31.8亿国家量子战略国家量子技术战略韩国国家量子任务印度2030年前投资7.2亿中长期发展路线1开发用例和业务模型；2开发光间和卫星链路的可信节点网络功组件7标准化QKD卫星和地面站用相关的参数基准；9演示基本链接、应用程序1远距离量子中继器；与设备无关的QRNG和QKD;育和吸引未来劳动力；1容错应用量子计算机的实2确定具有优势的算法和用3启动更深的算法；5量子器件物理、量子位和栅极控制；等领域合作；7标准等。1具有量子误差校正和强大量算机的通用门；2具有量子优势的量子算法；3建立能够制造所需技术的制造,包括集成光子、低温和超导电子产品；支持仪器制造商和软件公司；子位和栅极控制量、子存储器、学、件封装；6扩展量子算法套件；优化编器和编译库演示自动化系统控制和调优；块库，集10协调材料科学、理论和低温机科学领域研究。下游：应用与服务下游：应用与服务量量测进行首次标准化；2研发光电集成芯片；程；6可移动光学时钟原型；和压力传感器原型；或亚散电噪声显微镜等。5量子增强的测量和成像设备；6商业产品，例如新型磁共振成子干涉仪；量子计算是基于量子力学的新型计算方式，利用量子叠加和纠缠等物理特性，以微观粒子构成的量子比特为基本单元，通过量子态的受控演化实现计算处理。随着量子比特数量增加，量子计算算力可呈指数级规模拓展，理论上具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力，以及攻克经典计算无解难题的巨大潜力。量子计算主要为计算困难问题提供高效解决方案，实现突破经典计算极限的算力飞跃，量子计算与经典计算长期并存，相辅相成。量子计算机作为执行量子计算任务的设备，以量子比特为基本运算单元。产业链情况。量子计算产业链主要包含上游核心元器件、中游整机制造与软件算法、下游的应用与服务等环节。产业链上游核心元器件主要包括环境系统、测控系统以及其他关键器件。其中环境系统主要包括低温组件、稀释制冷机以及真空设备等。测控系统主要包括微波测控系统、光学探测器等。其他关键器件主要包括芯片、高性能激光器等。产业链中游主要包括量子计算机整机制造、软件算法环节。其中整机制造环节按技术路线分，主要包括超导量子计算机、离子阱量子计算机、光量子计算机、半导体量子计算机以及中性原子量子计算机等。软件算法环节主要包括操作系统、编程语言、集成开发环境等。产业链下游应用与服务环节是指使用量子计算技术来提供应用和服务，应用场景覆盖金融、化工、制药、交通、物流等多个领市场规模。量子计算2023年产业规模达到47亿美元，预计2035年总市场规模有望达到8117亿美元。根据ICV的报告，2023年全球量子计算产业规模达到47亿美元，2023至2028年的年平均增长率 (CAGR)达到44.8%,有望实现高速增长。2027年，专用量子计算机预计将实现性能突破，带动整体市场规模达到105.4亿美元。在2028年至2035中游：量子计算机整机制造 真空设备 中性原子量子计算机编程语言芯片高性能激光器●2024中国硬科技创新发展白皮书泛应用，到2035年总市场规模有望达到8117亿美(1)超导量子计算。超导量子计算是以超导自由度导致量子比特耗散和退相干等问题有待突苛刻(超低温)等均是超导量子计算实现过程中不化和探测。离子阱量子计算机具有量子比特品质链；二是由于外加激光强度、频率及相位的不稳(3)光量子计算。光量子计算通过将量子比(4)半导体量子计算。半导体量子计算通过上，并利用外部电场、磁场或光场等手段进行操性原子量子计算具有相干时间较长、相互作用可2024中国硬科技创新发展白皮书●2003美国DARPA北京/合肥者，解决光源安全漏洞空间光学实验QKD演示力论奠实理首次实现室内空量子密钥次13kmQT家首次证量子量隐息量子通信叶子理立量信坚二纪下游：应用与服务芯片下游：应用与服务芯片保密通信量子防伪身份识别物联网电学芯片、光学芯片)、量子光源、单光子探测密网络运营以及包括新一代的加密算法、安全协中游：网络传输线路及系统平台组网设备和网络管理软件平台网络建设集成保密网络运营图9量子通信产业链●2024中国硬科技创新发展白皮书年复合增长率为89%。我国量子通信市场规模由增长率为17.3%。中商产业研究院分析师预测，(1)量子随机数发生器。量子随机数发生器(2)量子密钥分发设备。量子密钥分发能够何窃听行为被合法用户发现，确保通信的安全保(3)量子保密通信网络技术。量子保密通信观粒子，如原子、光子等量子态制备、测量和读2024中国硬科技创新发展白皮书●中游：测量仪器下游：应用与服务真空系统电子元器件时间测量贯性测量医疗检测能源勘探定位导航游是测量仪器，主要包括时间测量(原子钟)、磁场测量(量子磁力计)、重力测量(量子重力仪、螺仪)、探测测量(量子天线、量子雷达)等。量量仪器。具体来看，2022年，量子磁场测量仪器(量子磁力计)市场份额排名第一，为41%,其次为量子时间测量仪器(量子时钟),市场占比磁波具有极高的精确度和稳定性，测量其共振频率不同，常见的原子钟主要有铯原子钟、氢原子●2024中国硬科技创新发展白皮书(2)量子磁场测量。量子磁场测量的主要产叠加等量子系统特殊性质进行高灵敏度的磁场测(3)量子重力测量。量子重力测量通过量子(4)量子惯性测量。量子惯性测量主要产品(三)人工智能指南(2024版)》,人工智能产业链包括基础层、智能发展战略。从产业发展情况来看，美国在算球首款动态视觉专用人工智能处理器；日本在“AI+”应用领域做出了多重探索，开展医疗机器人、服务机器人等商品应用。根据研究机构 2024中国硬科技创新发展白皮书●算法算法分类聚类数据数据集结构化标注数据量框架/操作系统TensorFlowCaffTheanoPyTorchTransformer整体解决方案消费类终端产品旅游金融安防交通教育零售医疗制造基础层智能市场规模约11879亿元，预计2030年达到交通、制造等场景应用的AI企业，但在AI芯片、规模达5784亿元。1.AI芯片追赶状态。除此之外，还有类脑芯片、仿生芯片图形处理器图形处理器(GPU)算力比终端强，分担云端的数据处理压力●2024中国硬科技创新发展白皮书规模的两倍以上，达到1194亿美元。2024年中国AI芯片市场规模将达到2302亿元，同比增长达技术和应用领域。从短期看，异构计算成为中利用不同类型的处理器(CPU/GPU/ASIC等)协同AI基础数据指的是那些数据量巨大、类型多制度体系。”原始数据无用或无效的数据高效完成数据标注行模型测试并将测试结果反馈给模型训练人员，通过不断地调整参数便获得性能更好的算法模型 2024中国硬科技创新发展白皮书●强大的算力基础、海量的数据集、大量的存储空数规模以上的大模型，其中自然语言处理 型较少，涌现出盘古、悟道、文心一言、通义千问、星火认知等预训练大模型，整体上与ChatGPT—3水平相当，与ChatGPT—4仍有较大差主要涉及模型构建，目前，Transformer架构在市场规模。中国大模型市场呈现快速发展态势，根据亿欧智库发布的《2024年中国“百模大破600亿元，2023—2027年的复合年均增长率达式与应用价值已成为大模型商业化落地的重要方 能硬件等六个应用类型。AIGC以其真实性、多样●2024中国硬科技创新发展白皮书质检等应用；金融领域有智能投研助理、智能客(四)第三代半导体是指以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌 带半导体材料，其中碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。第三代基站、卫星通讯等；功率电子器件，如新能源汽产，最终应用于新能源汽车、5G、通信设备、消超过1/3,呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势，如美国的Wolfspeed、II—VI、安森美，欧洲的机等，均为行业内的佼佼者。综合Yole等公司数行业市场规模约为152.15亿元。其中氮化镓 (GaN)半导体规模约为79.72亿元，碳化硅 (SiC)半导体规模约为64.86亿元。预计到2029年，中国第三代半导体材料整体市场规模或达到硅[Si]、锗[Ge]、固溶体[G[砷化镓(GaAs),[Zn0],铝氮[AIN]应用99%的集成电路高速、高频、高功高福射抗性、高效高纯度、良好导宽带隙、高击穿电缺点未明确列出仍在起步阶段，尚 2024中国硬科技创新发展白皮书●体材料，其主要特点是能隙很宽，为3.4电子伏产业以IDM企业(集成设备制造商)为主，其中市场规模。2022年，国内GaN外延产能达到100.2万片/年(折合4英寸),相较于2021年增加芯片/器件2022年产能达到76万片/年，相较于2021年增加31%,初步统计2023年产能达82万片/资源，GaN产业的发展将再次提速。根据Yole预中GaN射频器件市场规模将预计增至24亿美元，增长至2026年的11亿美元，对应的年均增长率为(1)在射频电子领域，GaN射频器件大有可外延中游激光二极管图17氮化镓(GaN)产业链应用在5G基站中更加合适。根据Yole预测，到增长率为21%,其中无线通讯应用规模将达到7.52亿美元，同比增长147.43%,射频相关应用规模从200万美元大幅增长至1.04亿元，增长近50(2)在光电子领域，GaN光电子市场成长快速。GaN光电器件产品主要包括Mini—LED和适配器等领域具有相当的渗透潜力。快充带动98%,增加5%续航，目前已有丰田、宝马等多家汽SiC是一种无机物，是用石英砂、石油焦(或产业链情况。SiC产业链主要包括衬底、外先将碳粉和硅粉在高温下反应得到高纯度SiC微粉，然后将其放在单晶生长炉中高温升华形成SiC晶体，最后SiC晶体通过晶锭加工、切割、研底上一般会沉积一层高质量的外延材料。导电型市场规模。在电动汽车等应用拉动下，国内94万片/年(折合6英寸),相较于2021年增加30.6%;外延产能达到84万片/年(折合6英寸),相化硅模块主要生产商包括STMicroelectronics、 2024中国硬科技创新发展白皮书●用更广泛，所以其市场空间也较半绝缘型衬底要元，复合增速达到25%,且其中用于功率器件的导用的主要领域是电驱逆变器、车载充电机 碳达峰、碳中和已经成为国家战略，尤其是(一)核聚变核聚变(NuclearFusion)是两个轻要对等离子体进行约束，约束方式主要有引力约第一壁材料：物高温超导带材：金属铜第一壁材料：物高温超导带材：金属铜二氧化铈哈氏合金氧化镁氧化铝氘氚燃料：府承诺牵头制订未来十年的聚变能发展战略，英国家时间美国英国聚变能国家战略德国企业共同研发，目标建日本庞堆一商用堆。1958年，世界上首个托卡马克装置证核聚变技术商业化的可行性。ITER项目预计时间段重要节点第一步(2005—2015年)第二步(2015—2030年)第三步(2030—2050年)产业链情况。可控核聚变产业链上游主要是原料供应，包括金属钨、铜等第一壁材料，各类有色金属等高温超导带材原料和氘氚燃料。这些原材料是建造核聚变装置的基础，如钨和铜是核聚变反应器第一壁的重要材料，各类金属化合物是制造高温超导磁体的重要原材料，重水、Li6则是实现核聚变反应的必要原料。中游主要是技术研发与设备制造，也是整个产业链的核心，涉及核聚变技术的研发以及设备的生产制造。核心设备包括反应器内的第一壁、偏滤器、高温超导磁体等关键组件。这些设备的设计与制造需要极高的精度与可靠性，以保证核聚变装置能够安全稳定运行。其中超导磁体占总投资成本40—50%,是装置运行的核心部件。下游为应用2030年有望达到4965.5亿美元，2024—2030年公司中，有65%认为可以在2035年前可实现向瓦材料、中间热沉CuCrZr(铬锆铜)合金材料和●2024中国硬科技创新发展白皮书铋、锶矿硼矿中游超导电缆超导储能超导滤波为低温超导材料和高温超导材料。一般认为，值的主要有铋系、钇系和二硼化镁(MgB2)材料损耗，这可以缩小超导磁体构建的磁约束装置体关键，而面向等离子体部件(Plasmafacing(二)氢能 2024中国硬科技创新发展白皮书●家更是将氢能规划上升至国家能源战略高度。美略和路线图(草案)》,指出到2050年清洁氢能将贡献约10%的碳减排量，到2030年、2040年和入政府工作报告，明确将推动加氢等设施建储能、氢能技术进步与产业发展；2021年3月，长期规划(2021—2035)》提出到2030年，形成较●2024中国硬科技创新发展白皮书国家他源体系重委血成分国家他源体系重委血成分器化地地别的路集封存与利用(CCUS)后所获的“蓝氢”,以及链中游为氢能的储运，主要包含储存、运输和加商用车、船舶等)、工业及能源领域(固定式电站、氢能冶金)、建筑领域(储能发热发电)的应端能源体系占比约10%,2060年占比将达约15%,成用三大环节，上游与中游的氢气“制—储—运—上游上游化石能源制氢(煤、天然气)液态运输电解水制氢客车物流车有轨电车叉车钢材还原材料交通运输领域石化脱硫提质气态运输固态运输工业领域下游中游优点缺点适用范围能源煤及去除杂质甲醇、石油炼制天然气电解电、水尚未实现规模高碱、轻烃利用等须提纯及杂质大规模集中化的氢能供应源合成氨、石油炼制农作物、低水理利用核能友甲发热制水原料丰富2024中国硬科技创新发展白皮书●成本的适用于高压临氢环境的新材料是研发的重253℃,使其液化并储存在低温绝热容器中，液氢●2024中国硬科技创新发展白皮书氢拖车的10倍以上，运输效率提高，综合成本降军工领域。氢的铁路运输应用较少，且一般与液氨储氢技术结合。现阶段，中国普遍采用20MPa气态船运输等常规运输方式，管网运输是实现氢基能源大规模、长距离输送最经济、最节能的方案，主要4.加氢的国产化进程，降低加氢站的建设成本，是促进氢业发展报告》,目前一座加注能力500kg/d的固定式加氢站投资规模大约需要700万—1200万元(不含土地成本),相当于传统加油站的3倍，除建设氢市场规模、氢源供应、加氢站类型不一，且制氢、储运、加氢各环节的商业模式还未成形，因此，不同区域、不同模式的加氢站氢气销售价格差异较大，部分加氢站处于盈亏平衡或亏损状态。主要应用在工业和交通领域，在建筑、发电等领域仍然处于探索阶段，有助于多个工业领域实现低碳式之一，可通过氢燃料电池、氨一氢燃料电池、甲醇内燃机等降低长距离高负荷交通对石油和天然气的依赖。目前国内氢能重卡、甲醇汽车等已产。未来，技术攻关将集中在大容量燃料电池发动再生能源发展。相较于抽水储能、压缩空气储电化学储能等，氢储能具有无自衰减、能量密电，为家庭住宅、商业建筑等供应供热，或通过天然气掺氢为园区或居民供暖，有效解决工业园区、(三)太阳能光伏近年来，能源体系绿色低碳转型成为产业变革的主旋律之一，可再生能源的进一步开发以及现有措。太阳能光伏发电具有能源来源路径短、转换效能。整个系统的工作原理依赖于光生伏打效应，即当光子(太阳光中的能量单元)照射到光伏电池上时，会激发电子从价带跃迁到导带，从而在电子和20世纪50年代初步应用于航天领域到现在广泛部署为促进太阳能光伏的发展，世界各国相继出台2024中国硬科技创新发展白皮书●上游中游下游多晶硅料光伏电池冶炼级工业硅单晶电池多晶电池光伏发电应用光伏电站互用光伏硅棒/硅锭/硅片组件单晶硅棒多晶硅锭单晶硅片、多晶硅片光伏组件了相应的产业支持政策，包括补贴政策、税收优惠、贷款支持等诸多方面，旨在降低光伏产品的成持太阳能光伏的发展。日本为居民和企业提供了补设。韩国通过可再生能源配额制(RPS)和光伏补知》,提到2030年规划建设风光基地总装机约455GW,其中“十四五”和“十五五”时期规划建设风光基地总装机约200GW和255GW。2022年，国家发展改革委等9部门联合印发的《“十四五”可再发电量增量在全社会用电量增量中的占比超过50%,风电和太阳能发电量实现翻倍”。2023年以来，政府部分对于光伏产业的指导集中在顶层规划、技术整合，市场交易、管理规范、金融投资层面，推动光伏行业的规范化发展，引导提高能源自主性，加快形成产业持续健康发展的标准体系和市场环境，实现从高速发展向高质量发展的转变。2023年6月，国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书》,制定转型“三步走”路线，到2030年，推动新能源成为发电量增量主体，装机占比超过40%,发电量占比超过20%。产业链情况。光伏产业的技术路线可分为晶体棒/硅锭生产、硅片制造、太阳能电池制造、组件生产、光伏产品生产和光伏发电系统等，可分为上、中、下游三个环节。上游包括多晶硅原料生产 (硅矿石的开采与冶金硅、工业硅的冶炼提纯、多晶硅的制备提纯)、单晶硅棒的拉制/多晶硅铸锭；中游包括单晶/多晶硅片的加工与切割、单晶/多晶硅电池片、电池组件的生产制造；下游包括光伏系统集成、光伏发电及光伏产品生产。在多晶投资、技术支撑都需要高投入；在多晶硅铸锭及单●2024中国硬科技创新发展白皮书业竞争力的关键因素；在电池组件、系统集成环技术光伏产业链支撑业包含辅料及设备，主要包市场规模。在全球各国产业政策的不断推动大。2023年全球太阳能光伏新增装机容量达到背钝化(PERC)太阳电池技术取代常规铝背场 BC电池市场此%Rw算场比比%图24光伏电池技术占比变化及预测池包括Al—BSF(铝背场电池)和PERC(钝化发射极和背面电池),N型电池主要包括TOPCon(隧穿氧化层钝化接触电池)、HJT(本征非晶层异质结氧化硅，再沉积一层重掺杂的多晶硅薄膜。目前TOPCon电池量产转换效率超过24%,理论极限为用非晶硅沉积的方式形成异质结作为钝化层。BC电池是背接触结构光伏电池的泛称，包括 2024中国硬科技创新发展白皮书● 率纪录达到22.1%,组件量产最高效率达19.3%左右，产线平均效率为15—19%;铜铟镓硒 (CIGS)薄膜太阳能电池实验室效率纪录达到17.6%(≥0.72m2,全面积组件效率)左右，组件论效率可高达44%,具有高能量转化效率、价格(一)碳纤维由有机纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在1000°C以上的高温环境下裂解碳化形成国赫氏、美国氰特(现被比利时索尔维收购)、德告》,2023年，全球碳纤维市场规模为74.95亿美中国碳纤维产能将达到14.56万吨。从2019年的●2024中国硬科技创新发展白皮书上游上游碳素材料碳碳复合材料碳纤维增强材料下游航空航天医疗领域军事领域汽车领域电子通讯伸，我国市场需求量将不断增加。数据显示，碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上),强度大于 2024中国硬科技创新发展白皮书●三国为主要生产国。目前，日本的东丽公司固等领域。在航空航天等军用领域中，T300与关生产设备环节。其中，原材料包括石墨、碳化作为主材的石墨，截至2022年底，全球储量约为全球最大的石墨生产国，2022年产量约为85万吨GrapheneTechnologies等公司在石墨烯的制备工中游下游应用原材料设备上游原料与设备性，能够帮助检测到气体当中的单个原子。这样的检测器有一个裸露在外的石墨烯表面，气体分子会有效地吸附在表面。当原子黏附在石墨烯表面，其导电性能会产生微小的变化，科研人员通过分析这种变化来实现气体检测的目的。利用检测器对星体表面气体成分进行检测，可以精准测量原子氧密度。通过减少航天器与原子氧的接触，科研人员可以有效避免其强氧化性对航天器表面材料产生严重的剥蚀影响。用于制作高真空、原子氧和紫外辐照环境下的润滑添加剂。石墨烯的特殊结构使其极易进入摩擦副之间的接触面，形成物理吸附膜，从而增强润滑效果，减小摩擦。目前已有科研人员基于石墨烯润滑添加剂增强效应原理，在传统空间润滑剂中添加石墨烯获得高承载力和低摩擦因数的复合空间润滑用于制作航天器构件。与其他材料相比，石墨烯强度大重量轻，可以被广泛应用于未来航天器的构件中，而减轻航天器重量意味着减少航天器的能源燃料消耗，节省资金成本。此外，石墨烯还具备较好的抗冲击性，这使得石墨烯成为航天领域应用潜力巨大的材料。(二)稀有金属材料稀有金属作为支撑战略性新兴产业发展的重要功能材料，在全球新技术革命和产业变革浪潮不断推进的过程中，由于其独特的物理化学性能和不可再生性，其价值地位不断提升，在宇航、原子能、 电子、国防工业等高科技领域应用广泛。如，锂的同位素6Li是制造氢弹不可缺少的原料，在核反应堆中锂作为控制棒冷却剂和传热介质，常用作飞机、火箭、潜艇的燃料等；金属铍被用作原子能反应堆的防护材料和制备中子源、高能燃料的添加剂等；铌、钽用于制造电子计算机记忆装置、超导合金制造大功率磁铁等。2022年全球稀有金属市场销售额达到了725亿元，预计到2029年将达到1295亿元，展现出稳定的增长趋势。中国已成为全球重要的市场之一。稀土有“工业黄金”之称，由于其具有优良特性，能组成新型稀土材料，可用于军事方锂密度小于煤油，用石蜡封存的活泼碱金属，1是第一代聚变反应堆的重要燃料和冷却剂。钼银白色金属，熔点非常高，可用于半导体。钼在钢铁行业中占据着最主要的位置，因其具有高温强度和韧性。其作为铁的合金添加剂，在船舶、汽车和电子工业中都具有不可或缺的作用。钨稳定金属元素中熔点最高，用于钢的冶炼，钨的用途十分广轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。铟肾扫描用铟-DTPA。肺扫描用铟一Fe(0H)3颗粒。肝血池扫描用铟输送铁蛋白钛属”。另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯近年来，我国对稀有金属的保护政策不断出台：提高准入门槛、开采总量控制、出口配额限制、行业整合，之前出台的“十二五”规划草案将稀有金属行业单独列入其中，“十四五”产业政策和新材料产业政策等对稀有金属矿产行业的发展产生了积极影响。同时，中国在稀有金属的采选矿和冶炼加工环节中的全球领先地位，中国的稀土矿产量占全球的83%,冶炼产量更是高达89%。锂矿产量占全球的13%,冶炼产量占45%,钴矿的冶炼产量占全球的60%。轻稀土(铈组):这一组包括镧、铈、镨、重稀土(钇组):这一组包括铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇。与轻稀土相比，这些元素在矿物中的共生情况以及它们的离子半径导致它们在某些应用中展现出独特的性质。钇在某些稀土混合物中占据主导地位，因此这一组被称为钇组。产业链情况。稀土产业链涵盖了从资源开采到终端应用的全过程。在上游，稀土元素从独居石、磷钇矿等矿产中被提取，形成初级产品如稀土氧化物和稀土金属。中游环节是这一产业链的核心，上游的稀土矿石在此经过冶炼和提纯，转化为各种关键稀土材料，如催化和永磁材料。这些材料在下游得到广泛应用，涉及军事、石油化工、玻璃陶瓷等多个领域。稀土元素在地壳中的含量并不低，但因为分布散、成矿性差，同时稀土矿往往伴生有铀、钍等天然放射性元素，开采加工过程复杂，需处理严重的环境污染问题，规模化工业开采难度较大，稀土矿供应增长缓慢。