从传输速度更快的芯片到更安全可靠的电网,从可被人体吸收的心脏支架到能走进千家万户的机器人,每一项未来产业的突破,背后都离不开化工(850102)新材料的支撑。在近日召开的2026石化产业发展大会未来产业发展论坛上,与会专家一致认为,化工(850102)新材料的研发与产业化能力,正成为未来产业从实验室走向市场的关键因素。
支撑未来信息系统
“人工智能(885728)发展和数字中国建设对高性能计算与存储、高速及大容量网络通信和智能化人机交互系统提出更高要求,这离不开一批新型信息材料的支撑。”国家新材料专家咨询委员会副秘书长谢曼表示。
在先进计算领域,随着集成电路工艺技术向2纳米以下制程节点演进,计算所依赖的半导体(881121)技术逐步接近物理极限,石墨烯(885355)、金属型碳纳米管和金属相过渡金属二硫族化合物等二维半导体材料(884091)有望摆脱硅基半导体(881121)的限制,成为后摩尔时代新一代芯片用关键材料。在存储方面,受限于电容的微缩难题,传统依赖于半导体(881121)工艺实现密度提升的内存路线已经落后,急需研发新材料、新工艺以支撑三维内存性价比和容量提升。
在通信及网络关键材料领域,下一代人机交互网络、住行合一网络、空天地全域立体网等新型网络场景将不断涌现,亟须发展面向未来网络系统所需的新器件及新材料,如氮化镓等宽禁带半导体材料(884091)、高极化的纤锌矿铁电材料、前沿功能陶瓷材料和磁材料等。
在新型显示技术及关键材料领域,显示应用形态将由平板显示向卷对卷工艺的柔性显示、泛在显示,再到多维显示、立体显示发展,支撑溶液法OLED(885738)/QLED显示、超大容量微纳显示、超高清激光显示的新材料将竞相涌现。
助力能源体系变革
谢曼指出,当前,能源(850101)体系正经历深刻变革,急需开发新型能源(850101)材料,提高能源(850101)清洁利用效率。
在光伏领域,N型单晶硅电池技术将逐步取代钝化发射极背场点接触电池技术,成为市场主流。同时,薄膜太阳能电池和新型叠层太阳电池在效率、经济性、可靠性等方面均展现出较大优势。提高晶硅电池转化效率,推动薄膜太阳能电池材料和新型叠层太阳能电池材料快速产业化,是中国光伏产业持续领先全球的关键路径。
在电池领域,随着交通电动化与能源(850101)清洁化的发展,动力电池与储能(885921)电池需在提升能量密度、循环性和安全性等方面加快突破。目前,中国在纳米硅碳负极材料,高电压三元、钴酸锂和富锂锰基正极材料,氧化物固态电解质和原位固态化电解质等新型电池材料方面取得了重大突破,但电池、电堆性能及衰减率等核心技术指标领域仍需加强攻关。
此外,在风电(885641)领域,国产碳纤维(885650)已经在120米级海上风电(885641)装置上实现应用,研究团队正在研发140米级超大型风电(885641)装置用碳纤维(885650)及复合材料。在能源(850101)清洁高效利用领域,超超临界发电(885996)技术是化石能源(850101)清洁高效利用的主流技术方向,目前,各国都在研发700℃超超临界电站,亟须通过材料和部件产业化抢占技术制高点。在智能电网(885311)领域,中国的智能电网(885311)建设工程对交直流输电装置的功率密度、可靠性和可控性提出了更高的要求,以碳化硅为代表的第三代半导体(885908)器件将成为下一代功率变换的核心技术。
多维赋能健康产业
医用高分子材料是未来健康产业的重要基石,中国科学院长春应化所石恒冲研究员介绍了生物医用高分子材料的五大趋势。
一是聚烯烃类材料正在“换掉”传统材料。比如,聚丙烯正逐步替代玻璃和聚碳酸酯,超高相对分子质量聚乙烯替代陶瓷,聚甲基戊烯替代特氟龙,聚烯烃弹性体替代软质聚氯乙烯和橡胶,这些“替代”将使常用的无菌注射器、预充式冲管注射器等产品变得更安全、更耐用。
二是耐辐照高分子专用料发展空间大。传统环氧乙烷灭菌虽处理量大,但存在致癌残留和污染问题。辐照灭菌具有不产生废弃物、无化学残留、高效节能等优势,但多数医用高分子材料并不耐辐照,因此需开发耐辐照高分子专用料。
三是非邻苯增塑和非聚氯乙烯材料成长空间大。传统输注器械常用含邻苯二甲酸二辛酯增塑剂的聚氯乙烯,增塑剂会进入人体并蓄积,甚至与药物反应,影响人体健康。对此,中国科学院长春应化所与威高合作,建成了万吨级医用热塑性弹性体合金专用料生产线和医疗器械(881144)生产线,实现了大规模生产。
四是医用工程塑料正加速国产化。此前,人工关节用超高分子量聚乙烯对我国禁售,人工关节型材也是完全依赖进口。对此,中国科学院长春应化所与威高等单位合作,建成了年产20吨超高相对分子质量聚乙烯人工关节型材产线,打破了长期依赖进口的局面。
五是可降解聚酯高分子成为增长最快的方向。聚乳酸、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚己内酯等材料凭借能被人体吸收等特点,将被广泛用于可吸收缝线、可吸收心脏支架等产品,材料需求量猛增。
推动人形机器人“进化”
人形机器人(886069)是未来产业的新赛道,而它能否真正从“颤颤巍巍”“进化”到“从从容容”,很大程度上取决于材料。
“碳纤维(885650)复合材料是人形机器人(886069)从实验室走向商业化的关键材料基础。”国地共建人形机器人(886069)创新中心高级工程师刘辉指出。机身的骨架、下肢主结构、运动臂杆、传感器(885946)基准件等,都离不开碳纤维(885650)复合材料,具体而言,T700级以上高强碳纤维(885650)可用于骨架减重,M40J+高模量碳纤维(885650)材料则可用于臂杆,保障毫米级定位精度。此外,聚醚醚酮凭借比铝合金轻40%且具备自润滑、耐磨损的特性,在人形机器人(886069)的关节和减速器(886008)衬套中应用潜力巨大。
为了让机器人能安全地走进家庭和商场,它们的“皮肤”需要柔软有弹性。双组分弹性体、闭孔发泡材料等柔性材料,既能模拟人体触感,又做到无毒无刺激,还能成型为任意复杂曲面,成为大家优选的“皮肤”材料。
