制造业强国的三大基础要素

　　制造业强国的三大基础要素是新型信息技术、新材料和技术创新体系。中国坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，用网络化、数字化、智能化抢占重要领域的先机。需要重点补短板的材料

　　集成电路包括设计、制造、封装，但是受到重大装备和关键材料的限制。PC行业虽然早实现了国产化，但是一些高端技术元器件，包括高端电容、电感国产化率很低。内存颗粒和硬盘行业也被国外垄断。集成电路材料和器件，所有的半绝缘碳化硅衬底、导电衬底及外延片主要从国外进口。MEMS器件玻璃粉封装、电子信息功能陶瓷材料、高性能氮化物陶瓷粉底及基板自给率都是零，光刻胶自给率仅5%，高纯石英玻璃及制品、探测用的人工晶体主要来自国外。

　　新一代信息技术产业需要重点补充短板的材料一大堆，特别是193纳米光刻胶完全空白。我们制定了硅及硅基半导体材料发展重点目标，包括300毫米硅片产品由14nm提升到7nm水平等，这是2025年的目标，特别是在新型半导体材料上，我们希望换道超车，比如开发三维RRAM器件材料体系与结构单元，或包括1G到5G更高容量的磁性随机存储芯片等。

　　还有光电子器件。主要面向宽带光纤通信网络、物联网、数据中心、无人驾驶等，硅基光电子集成芯片技术、混合光电子的集成技术，包括微波与光波的技术非常重要，成为当前的掣肘技术。在10GP以上，速率光电子器件国产化几乎为零，光电子器件研发中心技术高、更迭迭代快，需要长期积累。

　　光电子器件和集成是通信5G发展的关键。建立标准化的集成工艺标准，光交换和光互连的核心芯片集成技术已进行重点突破。必须要在超100G光传输技术上，大踏步前进，光电子和微电子的融合支撑产业升级和高质量的发展是要选择的道路。比如氮化物半导体是唯一覆盖红外到紫外波场范围的半导的体系，包括Micro-LED新型显示技术，另外还要发展宽带通信和新型网络优势。中国的移动通信、新一代网络，特别是五代通讯网络在超高速、大容量、智能光传输和光交换方面一定要达到国际高端水平。其中光带通信和信息网络要超低延伸无线联通设计技术、大规模的天线配置等，在网络化系统，去蜂窝化、个性化和云化方面也取得了突破。

　　在移动互联网方面中国发展很快，但是还应该在网络功能虚拟化、智能化、平台通用化方面，在移动互联网体系构架、基础芯片、软件方面取得突破。自主可控的互联网关键技术非常重要。要保证中国网络安全，特别是利用物联网、大数据、智慧城市、人工智能的优势，大力研究自主可控的互联网关键技术，要实现真实可信、信息安全、访问授权、攻击预防、事后追溯、容器网络、分级控制。所以，要加强云计算与大数据的优势，这是重要的中心任务。

　　发展物联网及智慧城市是中国的优势，数百个城市已开展智慧城市的建设，包括大规模的视频监控和智能传感。网络协同制造，新一代人工智能中大数据智能整体框架，三元空间的大数据，包括信息空间人类社会，物理空间人工智能的基础架构和平台、人工智能的理论与模型等，大数据智能的计算范式，从数据到知识的决策，都要开始进行。

　　要实现高质量发展需要强大的新材料支撑，到2030年，中国大尺寸的硅片每年需求要达到40亿平方英寸，第三代半导体先进半导体抛光光片要达到7.5亿片，第三代半导体材料外延芯片需要6亿平方英寸，特别是显示面板每年需要3.5亿平方米。现在中国拥有14条8.5代一级面板和10代最高级的面板，但是还是需要大量新型的显示技术。

　　另外，发展航空大飞机需要高温的合金材料，中国的燃煤技术将近8亿千瓦的装机容量，现在600度超临界的改造只有2亿千瓦，还有大量的改造任务，需要几千万的耐热合金和耐热钢，包括高端轴承、齿轮、液压、模具，包括海洋的各种耐蚀合金、深海开采，包括海水淡化的膜材料，特种塑料在现代制造业核心元器件的应用，都非常重要。

　　选择其中几类重点突破

　　目前新材料用得很多，可以选择其中几类作为国家重大科技项目。比如高端装备的特种合金，应用在海洋装备、高铁、飞机和高档汽车的重大装备里。比如发电，如果蒸汽温度到600度到700度，每度电的煤耗将从330个标煤降到210克，我们每年40亿吨煤一半以上在发电，每度电降1克标煤，节能效果就非常好。必须把700度的耐蚀合金、耐热合金攻下来。中国虽然起步晚了20年，但是现在我们在汽轮机大型船只领域走在了全世界的前面，包括压水碓核电站的核能材料和深海油气的采钻技术各种材料，但1400米以下我们有很多高端材料空白、低端材料不能用，甚至连标准都没有。在非金材料上中国已经有24条线，非晶合金每秒钟可以冷却100万度，金属玻璃，每公斤只有0.16瓦的铁水，在配电变压器里可以大量地降低损耗达到70%以上，是非常好的节能材料。

　　航空发动机代表一个国家的工业水平，航空发动机的制造难在材料和高温合金上，新一代的涡轮盘制备技术使我们国家的高温合金性能得到提高。先进的钛合金材料、镁合金、铝合金的应用将大大的节能，获得更高的性能。钛合金是最好的海洋材料和航空航天材料，性能优良。中国的钛储量全世界第一，我们也开发了很多钛合金，但应用没有跟上去，全国只用了5万吨，徘徊了近15年。其中镁合金比重很轻，如果应用在汽车上，可以大量的减重。特别是在飞机上，如果用镁合金代替铝合金可以使飞机的减重达到数吨以上，镁合金有一个缺点是高温自燃，但中国已经解决了这个问题。

　　工业技术创新的方向

　　这些年工业技术创新的方向，最早是蒸汽机，是动力体系。第二是电气化。第三是液压体系。第四是光功能。下一个创新热点将是磁。永磁科技，产业升级，永磁发动机、永磁齿轮、永磁轴承、永磁悬浮将会成为新型节能磁动力系统。这是一个新型的万亿产业。

　　永磁调速体系已经变化了，不用传统的减速体系，利用永磁自动体系，可以永保安全。如果在30层楼高电梯出现故障掉到地面，电梯内放一杯水，水都不会荡出一滴，只要在导轨加上了永磁，可以非常稳定。永磁齿轮，加上齿轮以后没有磨损，不需要润滑，寿命大大增加。这些技术可以形成巨大的产业集群，应该列入国家重大专项，微电子、光电子材料，新型显示第三代半导体，包括印刷与激光显示是第三代现实技术，中国必须突破，印刷显示材料已经走在全世界前列。激光显示和印刷显示将是下一阶段的重要显示技术。

　　大功率激光材料与器件，包括新型激光材料与器件不断问世。虽然在高端光电子和微电子方面中国和国外差距巨大，但是三代半导体，仅差三到五年的时间，特别是LED、光电器件上，有的地方领先国际。

　　大力发展三代半导体，特别是光电器件、功率器件和通信微波器件将起到巨大作用。部分发达国家计划2040年到2050年实现氢能社会。中国工程院主席团名誉主席徐匡迪10年前认为，21世纪中国将进入氢能时代。燃料电池，将是氢能时代的一个重要的代表，燃料电池全面启动，在车上的工程化应用终极目标是零污染。现在整个技术在中国已经启动，达到很高的水平。包括前沿的膜材料、智能仿生材料、石墨烯材料等等。3D打印金属粉末的各种材料体系也正在完善。新一代生物医药材料包括材料基因组工程，主要是在智能化设计新材料，材料基因组工程。

　　（根据中国工程院院士干勇在第二十届中国科协年会上作的报告整理而成，未经本人确认。）

　　中国工程院院士 干勇

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