作者：材料委天津院
新材料是人類賴以生存的物質(zhì)基礎，每種新材料的出現(xiàn)及應用都將伴隨著現(xiàn)代科學技術的巨大飛躍。
從現(xiàn)代科學技術史中不難看出，每一項重大科技的突破在很大程度上都依賴于相應的新材料的發(fā)展。
所以新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展之本，美國將新材料稱之為“科技發(fā)展的骨肉”。新材料技術被稱為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”。
新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新主體是美國、日本和歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)，其擁有絕大部分大型跨國公司，在經(jīng)濟實力、核心技術、研發(fā)能力、市場占有率等多方面占據(jù)絕對優(yōu)勢，占據(jù)全球市場的壟斷地位。
其中，全面領跑的國家是美國，日本的優(yōu)勢在納米材料、電子信息材料等領域，歐洲在結(jié)構(gòu)材料、光學與光電材料等方面有明顯優(yōu)勢。中國、韓國、俄羅斯緊隨其后，目前屬于全球第二梯隊。
中國在半導體照明、稀土永磁材料、人工晶體材料，韓國在顯示材料、存儲材料，俄羅斯在航空航天材料等方面具有比較優(yōu)勢。除巴西、印度等少數(shù)國家之外，大多數(shù)發(fā)展中國家的新材料產(chǎn)業(yè)相對比較落后。
從新材料市場來看，北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場，且市場已經(jīng)比較成熟，而在亞太地區(qū)，尤其是中國，新材料市場正處在一個快速發(fā)展的階段。從宏觀層面看，全球新材料市場的重心正逐步向亞洲地區(qū)轉(zhuǎn)移。
世界新材料主要生產(chǎn)商美國鋁業(yè)、杜邦、拜耳、GE塑料、陶氏化學、日本帝人、日本TORAY、韓國LG等大型跨國公司，加速對全球新材料產(chǎn)業(yè)的壟斷，并在高技術含量、高附加值的新材料產(chǎn)品市場中保持主導地位。
值得一提的是，發(fā)達國家仍在國際新材料產(chǎn)業(yè)中占據(jù)領先地位，世界上新材料龍頭企業(yè)主要集中在美國、歐洲和日本，其中，日、美、德6家企業(yè)占全球碳纖維產(chǎn)能70%以上，日、美5家企業(yè)占全球12寸晶圓產(chǎn)量的90%以上，日本3家企業(yè)占全球液晶背光源發(fā)光材料產(chǎn)量的90%以上。
世界著名企業(yè)集團憑借其技術研發(fā)、資金和人才等優(yōu)勢不斷向新材料領域拓展，尤其在高附加值新材料產(chǎn)品中占據(jù)主導地位。
比如著名的尤尼明幾乎壟斷著國際市場上4N8及以上高端石英砂產(chǎn)品；比如全球新材料巨頭信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等企業(yè)占據(jù)國際半導體硅材料市場份額的80%以上。
而半絕緣砷化鎵市場90%以上被日本日立電工、住友電工、三菱化學和德國FCM所占有。再比如DuPont、Daikin、Hoechst、3M、Ausimont、ATO和ICI等7家公司擁有全球90%的有機氟材料生產(chǎn)能力。
美國科銳(Cree)公司的碳化硅襯底制備技術具有非常強的全球市場競爭力，飛利浦(Philips)控股的美國Lumileds公司的功率型白光LED國際領先，美、日、德等國企業(yè)擁有70%LED外延生長和芯片制備核心專利。
在小絲束碳纖維的制造領域，基本被日本的東麗纖維公司、東邦公司、三菱公司和美國的Hexel公司所壟斷，而大絲束碳纖維市場則幾乎由美國的Fortafil公司、Zoltek公司、Aldila公司和德國的SGL公司4家所占據(jù)。
美鋁、德鋁、法鋁等世界先進企業(yè)在高強高韌鋁合金材料的研制生產(chǎn)領域居世界主導地位。美國的Timet、RMI和Allegen Teledyne等三大鈦生產(chǎn)企業(yè)的總產(chǎn)量占美國鈦加工總量的90%，并且是世界航空級鈦材的主要供應商。下面分別介紹世界七大主要的新材料大國及強國的具體情況。
1/ 中國
中國是全球新材料產(chǎn)業(yè)首屈一指的產(chǎn)業(yè)規(guī)模大國。眾所周知，新材料產(chǎn)業(yè)被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Σξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的高新技術產(chǎn)業(yè)，且新材料是國際競爭的重點領域之一，也是決定一國高端制造及國防安全的關鍵因素，全球范圍內(nèi)都在積極發(fā)展新材料，尤其是發(fā)達國家。
值得一提的是，新材料產(chǎn)業(yè)是我國七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，是整個制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的產(chǎn)業(yè)基礎。我國新材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模大約2萬億元。
中國新材料產(chǎn)業(yè)尤其在金屬材料、紡織材料、化工材料等傳統(tǒng)領域基礎較好，稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等產(chǎn)能居世界前列。
經(jīng)過幾十年奮斗，中國新材料產(chǎn)業(yè)從無到有，不斷發(fā)展壯大，在體系建設、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術進步等方面取得明顯成就，為國民經(jīng)濟和國防建設做出了重大貢獻，具備了良好發(fā)展基礎。
中國新材料需求將呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢發(fā)展，到2025年其產(chǎn)值將突破10萬億元，發(fā)展前景十分廣闊！值得一提的是，早在2011年我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值僅僅為0.8萬億元，到 2019年我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已增長至4.5萬億元，同比增長15.4%，預計到2021年有望突破7萬億元。
中國在部分先進基礎材料、關鍵戰(zhàn)略材料、前沿新材料等領域，已經(jīng)實現(xiàn)了與國際先進水平“并跑”甚至“領跑”。
比如在關鍵戰(zhàn)略材料方面，中芯國際前七大耗材中六類材料實現(xiàn)國產(chǎn)采購;南山集團鋁合金厚板通過波音公司認證并簽訂供貨合同;比如中船重工兆瓦級稀土永磁電機體積比傳統(tǒng)電機減少50%、重量減輕40%;再比如世界首座具有第四代核電特征的高溫氣冷堆核電站關鍵裝備材料國產(chǎn)化率超過85%;液態(tài)金屬在3D打印、柔性智能機器、血管機器人等領域?qū)崿F(xiàn)初步應用等。
中國的石墨烯技術是世界領先水平。石墨烯技術是當今世界各國爭相開發(fā)的前沿技術領域，皆因它具有無與倫比的特性，對將來新材料的發(fā)展具有至關重要的作用。
而2017世界石墨烯創(chuàng)新大會是在中國常州開幕的，意味著中國石墨烯技術已經(jīng)開始走在世界前列。值得一提的是，石墨烯材料最早是有英國科學家發(fā)現(xiàn)的，石墨烯是已知世界上最薄、最硬的材料，被譽為“黑金”、“新材料之王”。
根據(jù)悉，石墨烯的厚度可達頭發(fā)絲的20萬分之一，強度是鋼的200倍。科學家預言，石墨烯將會是21世紀最重要的新材料，市場應用前景不可估量。
石墨烯技術已被世界許多國家列為優(yōu)先發(fā)展的材料技術，雖然中國接觸石墨烯技術只有短短幾年時間但發(fā)展勢頭很猛，且中國擁有巨大的潛在市場。
中國的人工晶體材料經(jīng)過多年的發(fā)展，偏硼酸鋇和三硼酸鋰等紫外非線性光學晶體研究居國際領先水平并實現(xiàn)了商品化；激光晶體、太陽能電池關鍵技術指標達到國際先進水平，光伏發(fā)電成本降到1元/kWh）以下。
中國的鋰離子電池正負極材料、電解液均滿足小型電池要求，隔膜、電解質(zhì)鋰鹽等關鍵材料替代進口；超高分子量聚乙烯纖維大幅縮小與發(fā)達國家的差距。
T300級碳纖維實現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)，單線產(chǎn)能提高到1200t；T700和T800級碳纖維實現(xiàn)了批量供貨能力已開始應用于航空航天裝備；中國開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的銅帶、銅管拉鑄技術以及銅鋁復合技術；中國的海底管線鋼X65、X70、X80及厚壁海洋油氣焊管、化學品船用中厚板均已實現(xiàn)國產(chǎn)化，尤其是低成本石墨烯已開始生產(chǎn)，并應用于觸摸屏、導熱膜等信息通訊器件。
中國在關鍵技術領域的突破及新材料品種的不斷增加，使我國高端金屬結(jié)構(gòu)材料、新型無機非金屬材料、高性能復合材料保障能力明顯增強，先進高分子材料和特種金屬功能材料自給水平逐步提高。
中國擁有全球最完備的液體金屬全產(chǎn)業(yè)鏈，由原材料到制成，由專利到工藝，已可大規(guī)模生產(chǎn)鋯基非晶合金，尤其在塊狀成型工藝技術里，已掌握液態(tài)金屬核心技術。
值得一提的是，中國在材料配方、設備制造和成型工藝的三大核心技術，都擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)，也是全球唯一的一家能對外公布具備大形塊狀非晶金屬成型能力的國家。
因此，中國的塊體非晶產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術已走在世界前列。再比如中國科學院金屬研究所等合作開發(fā)的可降解純鎂骨釘獲得國家藥品監(jiān)督管理局的臨床批件，成為我國第一個獲得臨床批件的可降解鎂基金屬醫(yī)療器械產(chǎn)品，也是全球第一例純鎂III類植入物。
2/日本
日本是全球公認的新材料生產(chǎn)技術最先進的國家。新材料產(chǎn)業(yè)被國際上認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Σξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的產(chǎn)業(yè)。
日本作為新材料生產(chǎn)技術最先進的國家，日本政府十分重視新材料技術的發(fā)展，尤其重點把開發(fā)新材料列為國家高新技術的第二大目標，因此，日本材料企業(yè)在全球新材料產(chǎn)業(yè)界形成一枝獨秀領先局面。
日本內(nèi)閣會議早于2016年就通過了《第五期科學技術基本計劃(2016-2020)》，日本政府未來計劃5年將確保研發(fā)投資規(guī)模占GDP比例的4%以上。
值得一提的是，日本機械制造工業(yè)長期保持全球先進水平與其發(fā)達的材料產(chǎn)業(yè)密不可分。
比如日本在新材料全球占有率方面， 日本的新材料產(chǎn)業(yè)憑借其超前的研發(fā)優(yōu)勢、先進的研發(fā)成果、實用化開發(fā)力度，在環(huán)境及新能源材料世界市場占據(jù)絕對的領先地位。
日本擁有世界領先的新材料巨頭：比如享譽世界的京瓷株式會社；三井化學株式會社(Mitsui Chemicals)等；日本同時還擁有了享譽世界的頂尖大學：比如著名的東京大學。
東京大學曾經(jīng)培養(yǎng)了十六名總理大臣、二十一名(日本)國會議長，十三名富比世500大企業(yè)首席執(zhí)行官。
十一名諾貝爾獎得主、六名沃爾夫獎得主、一名菲爾茲獎、三名羅伯·柯霍獎、四名蓋爾德納國際獎及四名普立茲克建筑獎得主。
比如名古屋大學 。它是日本頂尖、世界一流的著名研究型國立綜合大學，是日本中部地區(qū)最高學府。名古屋大學曾經(jīng)培養(yǎng)出6名諾貝爾獎得主、1名菲爾茲獎得主。
日本的材料學已成為國際上最頂尖的技術。特別是材料學的水平及實力極大程度上決定了一個國家的最高科技水平。
比如世界上最先進的裝甲車必需的優(yōu)質(zhì)材料；最先進的導彈外殼必須采用極優(yōu)質(zhì)材料。尤其是飛機發(fā)動機葉片更需要出色而優(yōu)質(zhì)的高科技新材料。再比如世界上高精尖的軍用雷達半導體元器件也需要優(yōu)中選優(yōu)的新材料。
日本在新材料領域，甚至已遠遠領先最發(fā)達國家美國很大的身位，即使包括俄羅斯及歐洲發(fā)達國家和日本也不在一個檔次上。
比如在高精尖的三種材料技術領域：首先是制造洲際彈道導彈噴管和殼體以及飛機骨架——高強度碳纖維材料；其次是全球最高性能主動相控陣軍用雷達的——寬禁帶半導體收發(fā)組件材料；再次是制造新式渦輪發(fā)動機渦輪葉片的——高性能單晶葉片。可以說，日本在這三種頂級科技領域遙遙領先，全球其他國家只能望其項背。
眾所周知，最先進的渦輪發(fā)動機葉片的五代單晶材料，由于渦輪葉片工作環(huán)境十分惡劣，需極度高溫高壓之下依然能夠保持數(shù)萬轉(zhuǎn)的極高轉(zhuǎn)速，對于高溫高壓下的抗蠕變性能的條件及要求是相當苛刻的。
值得一提的是，世界上單晶材料共有五代。越到最后一代，就越看不到老牌發(fā)達國家的影子，尤其是軍事超級大國俄羅斯更不在話下。而第五代單晶技術水平是日本的天下。
全球最頂級的單晶材料就是日本研發(fā)的第五代單晶TMS-162/192， 日本已成為全球唯一一個能制造第五代單晶材料的國家，在全球市場上具有絕對的話語權(quán)。
再比如全球傳統(tǒng)材料學和發(fā)動機技術的歐洲最頂尖水平公司——英國著名的發(fā)動機公司羅爾斯·羅伊斯（RR），也是歐洲最大的航空發(fā)動機企業(yè)，旗下產(chǎn)品包括航空發(fā)動機、船舶發(fā)動機以及核動力潛艇的核動力裝置，其中航空發(fā)動機是世界久負盛名的拳頭產(chǎn)品。
如此這樣一家全球技術最頂尖的公司，在日本的新材料面前也只能膜拜及俯首稱臣。比如英國RR甚至于大批進口日本的單晶材料用于制造自己的世界先進的Trent渦輪風扇發(fā)動機。
因此，日本的新材料技術，讓全球很多國家離不開它，離開了寸步難行。一個重要原因是，日本的新材料不但質(zhì)量極佳，而且擁有十分“恐怖”的使用壽命。
日本領先世界的還有大名鼎鼎的碳纖維材料。碳纖維由于質(zhì)量輕，強度高而被軍工產(chǎn)業(yè)視為制造導彈、尤其是最頂尖洲際彈道導彈的最理想材料。
比如美國的“侏儒”導彈是美國的小型固體洲際戰(zhàn)略導彈，該導彈也是目前世界上最早采用全程制導的洲際戰(zhàn)略導彈，其中就用到了日本的新材料及技術
比如美國的“三叉戟II”D-5型潛射導彈，曾經(jīng)是世界上最先進的潛射彈道導彈。曾經(jīng)被譽為美海軍戰(zhàn)略核力量的“驕子”。此導彈采用了日本的新復合材料。
再比如法國M51的新式洲際彈道導彈，M51潛射彈道導彈曾經(jīng)是法國原子能軍需事務局和法國原子能總署研制的新一代戰(zhàn)略核導彈。至少到2030年，以M51導彈為主體的海基核力量將成為法國核力量的主體，可鞏固法國在歐洲防務獨立中的領導地位。法國的導彈依然采用了日本的復合新材料。
無疑全球先進的戰(zhàn)略導彈無一例外都采用碳-碳和碳-樹脂復合材料用于制造洲際導彈的殼體和噴管。而在這項技術上日本依然是全球領先水平。
比如日本東麗公司的T1000強度高達7060mpa，其拉伸模量在高強度碳纖維中也非常高（甚至達到了284Gpa），這些技術指標都遠遠超過了美國IM9的最高水平。
在碳纖維有機復合材料領域，前蘇聯(lián)國家石墨結(jié)構(gòu)材料研究所、前蘇聯(lián)聚合物纖維研究所，全俄航空材料研究院，能夠生產(chǎn)出拉伸強度2500～3000MPa、拉伸模量250GPa的高強度碳纖維，以及模量400～600GPa的高模量碳纖維。
尤其是后期又研發(fā)出4000～5000MPa的中模量碳纖維。盡管如此，俄羅斯的碳纖維產(chǎn)品在性能及水平上依然沒有超過日本的技術水平。
在全球碳纖維生產(chǎn)制造廠家中，日本擁有著名的東麗、東邦和三菱三家頂尖公司，都代表了世界最頂級技術水平。
3/美國
美國是全球新材料領域的重要領導者。北京大學數(shù)字中國研究院副院長曾經(jīng)認為：美國在新能源、新材料和生命工程方面的技術水平遠遠領先于世界其他國家。
值得一提的是，美國曾經(jīng)把新材料列為影響經(jīng)濟繁榮和國家安全的六大類關鍵技術之首。在確定的22項關鍵技術中材料占了5項（材料的合成和加工、電子和光電子材料、陶瓷、復合材料、高性能金屬和合金）。
美國的新材料發(fā)展特色是以國防部和航空航天局的大型研究與發(fā)展計劃為龍頭，主要以國防采購合同形式來推動和確保大學、科研機構(gòu)和企業(yè)的新材料研究與發(fā)展工作。
早在2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布了一項超過5億美元的“推進制造業(yè)伙伴關系”計劃，通過政府、高校及企業(yè)的合作來強化美國制造業(yè)，投資逾1億美元的“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative）是其組成部分之一。
《材料基因組計劃》擬通過新材料研制周期內(nèi)各個階段的團隊相互協(xié)作，加強“官產(chǎn)學研用”相結(jié)合，注重實驗技術、計算技術和數(shù)據(jù)庫之間的協(xié)作和共享，目標是把新材料研發(fā)周期減半，成本降低到現(xiàn)有的幾分之一，以以期加速美國在清潔能源、國家安全、人類健康與福祉以及下一代勞動力培養(yǎng)等方面的進步，大幅加強美國在新材料領域的國際競爭力。
美國重點把生物材料、信息材料、納米材料、極端環(huán)境材料及材料計算科學列為主要前沿研究領域，支持生命科學、信息技術、環(huán)境科學和納米技術等發(fā)展，尤其滿足國防、能源、電子信息等重要部門和領域的需求。
由此，美國制訂了一系列與新材料相關的戰(zhàn)略性計劃，主要包括：“21世紀國家納米綱要” 、“ 國家納米技術計劃（NNI）” 、“未來工業(yè)材料計劃” 、“光電子計劃” 、“ 光伏計劃” 、“下一代照明光源計劃”、“先進汽車材料計劃” 、“化石能材料計劃” 、“建筑材料計劃” 、“NSF先進材料與工藝過程計劃” 、“材料基因組計劃”等。美國在新材料科技發(fā)展方面取得很大進展。
比如在戰(zhàn)略性新材料計劃之下，早在2011年1月份，美國科學家開發(fā)出一種由超介質(zhì)材料制造的聲吶探測不到的“隱聲衣”；3月份，高效存儲氫的納米復合材料問世；6月份，“誘導”聚合物擬肽鏈自我組裝成納米繩子，自組裝納米繩性能不遜于自然材料；9月份，以鐿為基礎材料研制出奇特的新型超導體，在自然狀態(tài)就能達到“量子臨界點” ；11月份，研發(fā)的超黑材料能吸收幾乎所有照射在其上的光，吸收率超過99%；同月，新研發(fā)的世界上最輕的材料，其能量吸收性能與人造橡膠相仿，卻比聚苯乙烯泡沫塑料還要輕100倍。
美國擁有全球眾多頂尖的新材料巨頭：比如?？松梨?ExxonMobil)、陶氏化學(DowChemical)、杜邦公司(DuPont)、3M公司(3M)、美鋁公司(Alcoa)、美國鋼鐵公司(UnitedStates Steel)、PPG 工業(yè)公司(PPG Industries)、空氣化工產(chǎn)品公司(AirProducts & Chemicals)、伊士曼化學公司(Eastman Chemical)、康寧公司(Corning)。
美國擁有世界頂尖的新材料高等學府：比如著名的西北大學、麻省理工大學（材料科學與工程學院的課程排名第一）、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（由最早成立于1867年的陶瓷、冶金、礦業(yè)等系合并而來;專業(yè)分為生物材料、電子材料等6個方向;全美材料專業(yè)排名常年前三。）
加利福尼亞大學伯克利分校（世界上最負盛名且是最頂尖的公立大）、斯坦福大學（世界上最杰出的大學之一）、加州大學圣塔芭芭拉分校（美國頂尖的以研究科學為主，且學術聲望非常高的研究性公立大學。）
康奈爾大學（辦學規(guī)模為當時全美高校之最）、賓夕法尼亞州立大學帕克分校（全美最大的十所公立大學之一）、佐治亞理工學院分校治亞理工學院分校（美國頂尖的理工學院。
重點在研究開發(fā)下一代工程應用的材料）、美國密歇根大學（與加州大學伯克利分校以及威斯康星大學麥迪遜分校素有“公立大學典范”之稱。材料專業(yè)排名非常高）。
美國擁有一大批全球頂尖的研究所及領先的實驗室：比如在新材料研究領域科研機構(gòu)一共有210所科研機構(gòu)，比如橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、埃姆斯實驗室等17個科研實力全球名列前茅的國家實驗室，以及杜邦、波音、IBM等13個頂尖科技研發(fā)公司實驗室，而涉足新材料研究的主力—高校實驗室如麻省理工大學、哈佛大學等則高達180所。
橡樹嶺國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：磁性材料、超導、激光脈沖燒蝕、薄膜、布魯克海文國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：高溫超導性、磁性、固態(tài)結(jié)構(gòu)與相轉(zhuǎn)變、高分子導體。
艾米斯實驗室：主要材料研究內(nèi)容：新機械、磁性和超導方面稀土元素的實驗和理論研究。
阿貢國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：高溫超導性、高分子超導體、薄膜磁性、表面科學。
勞倫斯伯克利國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：激光光譜、超導、薄膜、飛秒加工、生物高分子、高分子與復合物、表面科學以及理論研究。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：金屬與合金、陶瓷、激光材料、合金超塑性。
西北太平洋國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：金屬和合金應力腐蝕裂紋、陶瓷材料高溫腐蝕疲勞、陶瓷材料輻射效應。
洛斯拉莫斯國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：電子材料、微結(jié)構(gòu)發(fā)展理論、使表面硬度、抗腐蝕性和耐磨性提高的等離子體浸沒離子注入技術。
桑迪亞國家實驗室：主要材料研究內(nèi)容：陶瓷涂料溶膠-凝膠化學、納米晶材料發(fā)展以及金屬、玻璃和陶瓷材料表面的膠粘合潤濕。
美國標準與技術研究院(NIST）：主要材料研究內(nèi)容：屬于美國商務部的非監(jiān)管機構(gòu)。NIST共有6個實驗室，分別為工程實驗室、信息科技實驗室、材料測量實驗室、物理測量實驗室、納米科技中心、NIST中子研究中心。
美國航空航天局（NASA）：主要材料研究內(nèi)容：主要涉足新型金屬材料以及高性能復合材料。
美國加州納米研究中心：主要材料研究內(nèi)容：納米科學和納米技術發(fā)現(xiàn)的迅速商業(yè)化研究。CNSI開展的工作代表了納米系統(tǒng)相關的研究四個目標領域包括能源，環(huán)境，健康，醫(yī)學，信息技術。
美國國家增材制造創(chuàng)新研究所：主要材料研究內(nèi)容：新型金屬材料，增材/3D打印材料、開發(fā)梯度及可定制材料。
哈佛大學研究中心：主要材料研究內(nèi)容：哈佛大學擁有多個材料研究中心，其中包括量子科學及工程學會、納米系統(tǒng)中心、側(cè)重不同層次生物學功能的認識、解決醫(yī)療問題的儀器和設備的生物材料研究室等。在哈佛的工程與應用科學學院，研究材料科學的教授是最多的。
省理工大學研究中心：主要材料研究內(nèi)容：麻省理工學院則擁有科技與聚合物物理研究小組、44個生物工程方面的研究所及研究室、納米技術實驗室、先進材料實驗室、專門進行金屬材料等快速成型技術研究的快速成型實驗室、高級材料和結(jié)構(gòu)技術實驗室以及正在研究4D打印的自組裝實驗室等材料研究部門。
其中生物學與生物工程系里面的Whitehead研究所代表了全美國生物學研究的最高水平，其下設15個研究室，在生物材料研究方面主攻人類遺傳學下設15個研究室，在生物材料研究方面主攻人類遺傳學、基因、免疫系統(tǒng)、RNA等領域。
普林斯頓大學的化學工程部：主要材料研究內(nèi)容：高分子材料研究和生物材料研究的主要據(jù)點，其材料科學與技術研究所下面有專門的復合材料研究組；
康涅狄格大學材料科學研究所：主要材料研究內(nèi)容：該研究所材料科學方面的研究橫跨金屬聚合物、金屬納米材料、生物醫(yī)學金屬材料等領域。
賓夕法尼亞大學：主要材料研究內(nèi)容：新型高強度、高韌性合金材料，致力于金屬間化 物的基礎系統(tǒng)研究，比如鈦鋁合金和銀鉬合金等。
斯坦福大學工程學院：主要材料研究內(nèi)容：主要為交通運輸工具設計更輕質(zhì)、性能更 良好、結(jié)構(gòu)更新穎的材料。
加州大學圣芭芭拉分校：主要材料研究內(nèi)容：該學校除了擁有數(shù)個全球頂尖的納米材料實驗室，還擁有眾多其它與材料研究相關的實驗室，包括材料研究實驗室、多功能材料和結(jié)構(gòu)中心、節(jié)能材料中心、復合材料研究所、先進材料中心、國際材料研究中心等。
綜上所述，之所以美國的高科技及新材料在全球如此之強，在很大程度上得益于美國對于新材料的高度重視，特別是美國新材料“產(chǎn)學研政”各界的有效結(jié)合。原因是新材料是科技發(fā)展的基礎，只有新材料強大了，一個國家的科技才能做到真正領先。
4/德國
德國新材料產(chǎn)業(yè)受到全世界的公認好評。2012年6月，德國啟動實施了《納米材料安全性》長期研究項目，以了解各類納米材料可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，通過定量化方法對納米材料進行安全性風險評估。
2012年11月，德國啟動“原材料經(jīng)濟戰(zhàn)略”科研項目，目的在于開發(fā)能夠高效利用并回收原材料的特殊工藝，加強稀土、銦、鎵、鉑族金屬等的回收利用。
德國為鼓勵各種社會力量參與新材料研發(fā)，先后頒布實行了“材料研究MatFo”(1984-1993年)、“材料技術MaTech”(截至2003年)和“為工業(yè)和社會而進行材料創(chuàng)新WING”(始于2004年)3個規(guī)劃。WING規(guī)劃強調(diào)密切關注材料的可制造性，致力于協(xié)調(diào)各部門間的高水平材料研究。
值得一提的是，2013年4月，德國頒布了《關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》白皮書。之后德國將工業(yè)4.0項目納入了《高技術戰(zhàn)略2020》的10個未來項目中，推動以智能制造、互聯(lián)網(wǎng)、新能源、新材料、現(xiàn)代生物為特征的新工業(yè)革命。
德國企業(yè)界普遍認為，確保和擴大在材料研發(fā)方面的領先地位是其在國際競爭中取得成功的關鍵。2016年3月，德國發(fā)布了《數(shù)字戰(zhàn)略2025》(Digital Strategy2025)，確定了實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步驟及具體實施措施，其中重點支柱項目包括工業(yè)3D打印等。工業(yè)4.0是由德國政府《德國2020高技術戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項目之一。
德國新材料產(chǎn)業(yè)重要基礎來自四大領域：
化工制藥業(yè)：德國是世界最大的化工產(chǎn)品出口國，是歐洲首選的化工投資地區(qū)，擁有完善的基礎設施、研究機構(gòu)和高素質(zhì)勞動力。據(jù)德國化學工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，著名的德國化工制藥企業(yè)有：巴斯夫、拜耳、朗盛、漢高、贏創(chuàng)、默克、勃林格殷格翰等。
機械設備制造：機械設備制造業(yè)是德國就業(yè)人數(shù)最多的行業(yè)。德國著名的機械設備制造巨頭有：蒂森克虜伯、西馬克、海德堡印刷、海瑞克、福伊特、普茨邁斯特、通快等。
汽車和汽車配件工業(yè)：德國是聞名遐邇的全球汽車制造強國，德國高檔汽車全球市場占有率曾超過70%。著名的德國主要汽車制造商有：大眾汽車、戴姆勒、寶馬、奧迪、保時捷、歐寶曼(商用車)等整車企業(yè)和博世、大陸、采埃孚(ZF)、蒂森·克虜伯、西門子VDO等汽配企業(yè)。
電子電氣工業(yè)：德國擁有世界技術領先的電子電氣工業(yè)。德國電子元件業(yè)的發(fā)展在很大程度上依賴于德國汽車業(yè)的發(fā)展。汽車電子行業(yè)是德國電子元件的最大消費者，通信領域、電子數(shù)據(jù)處理和工業(yè)電子也是其主要用戶，分別占20%左右的銷售份額。著名的世界級企業(yè)：德國電子電氣行業(yè)龍頭企業(yè)有西門子、英飛凌、博世、捷德(Giesecke & Devrient)、庫卡(KUKA)等。
德國擁有享譽世界的新材料企業(yè)：
巴斯夫：巴斯夫股份公司(BASF SE)成立于1865年，它是世界上工廠面積最大的化學產(chǎn)品基地。巴斯夫集團在歐洲、亞洲、南北美洲的41個國家擁有超過160家全資子公司或者合資公司。
贏創(chuàng)：贏創(chuàng)工業(yè)集團(AG)是一家全球領先的特種化工企業(yè)。贏創(chuàng)80%的銷售額都來源于占據(jù)市場領先地位的業(yè)務。
朗盛：朗盛集團是一家全球領先的德國特殊化學品集團，總部及主要業(yè)務運營位于科隆。2004年，拜耳集團進行戰(zhàn)略重整分拆，將其化學品業(yè)務和部分聚合物業(yè)務進行了剝離，朗盛隨之誕生。
漢高：德國漢高公司1876年9月26日創(chuàng)建于亞琛，漢高公司的業(yè)務重點在于應用化學。經(jīng)140多年發(fā)展，漢高從80個工人企業(yè)擴展成為世界性的集團公司。
西格里：西格里集團是全球領先的碳素石墨材料以及相關產(chǎn)品的制造商之一，擁有從碳石墨產(chǎn)品到碳纖維及復合材料在內(nèi)的完整業(yè)務鏈。
EOS 3D打印公司：成立于1989年，是世界著名的快速成型設備制造商和e-制造方案提供商。
5/俄羅斯
俄羅斯是傳統(tǒng)的制造業(yè)強國，尤其在新材料等新興產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新方面具有獨特優(yōu)勢。值得一提的是，俄羅斯在航天航空、能源材料、化工新材料等領域處于全球領先地位，同時，俄羅斯發(fā)展戰(zhàn)略目標為力求特續(xù)保持這些材料領城在全球的領先地位，同時大力發(fā)展對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提離國防實力有重要影響力的新材料。
比如俄羅斯國家科學技術大學的材料科學家曾經(jīng)研制出一種氰化鉿陶瓷，理論上能承受4200攝氏度高溫。在此之前，世界上公認的最耐高溫、最難熔化的人造物質(zhì)是鉭鉿碳化物。另外俄羅斯采用ＳＨＳ法（自蔓燃技術）合成的化合物已多達７００種，已居世界領先地位。
俄羅斯研發(fā)新材料的戰(zhàn)略目標是：一方面力求繼續(xù)保持某些材料領域在世界上的領先地位，如航空航天、能源工業(yè)、化工、金屬材料、超導材料、聚合材料等；另一方面，則大力發(fā)展對促進國民經(jīng)濟發(fā)展和提高國防實力有影響的領域，如電子信息工業(yè)、通訊設施、計算機產(chǎn)業(yè)等。
目前的狀況是由于信息、通訊、計算機產(chǎn)業(yè)的相對滯后，給本來具有優(yōu)勢的領域的發(fā)展帶來負面影響。因此也成為俄政府和科技界注意的焦點。
俄羅斯也始終把新材料相關技術產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略和國家經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)。比如早在2012年4月發(fā)布的《2030年前材料與技術發(fā)展戰(zhàn)略》將18個重點材料戰(zhàn)略列為發(fā)展方向，其中包括智能材料、金屬間化合物、納米材料及涂層、單晶耐熱超級合金、含鈮復合材料等，同時還制定了新材料產(chǎn)業(yè)主要應用領域的發(fā)展戰(zhàn)略。
再比如俄羅斯科學院于2015年發(fā)布《至2030年科技發(fā)展預測》，內(nèi)容主要包括7個科技優(yōu)先發(fā)展方向，即信息通信技術、生物技術、醫(yī)療與保障、新材料與納米技術、自然資源合理利用、交通運輸與航天系統(tǒng)、能效與節(jié)能。
俄羅斯的礦產(chǎn)資源十分豐富，煤、石油、天然氣、泥炭、鐵、錳、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、釩、鈦、鉻的儲量均居世界前列，在發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)方面，俄羅斯當前把發(fā)展新材料等相關技術產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略和國家經(jīng)濟的主導產(chǎn)業(yè)進行大力扶持、推動和實施。
俄羅斯擁有極為明確的研究方向，擁有眾多的世界水平的研究機構(gòu)：
俄羅斯的研發(fā)方向：俄羅斯新材料的主要研發(fā)方向是結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具體為金屬材料、陶瓷材料、復合材料、高分子材料、高純度材料以及生物、超導和納米材料等。
俄羅斯把以下9項新材料和化學品列為科技規(guī)劃之一：陶瓷及玻璃材料、特種性能金屬和合金、膜技術、重要戰(zhàn)略原料的評估、綜合開采和深加工技術、聚合材料和復合材料、超硬合成材料、超導技術、微型冶金生產(chǎn)技術模型。
俄羅斯具有世界水平的新材料研究所：
從事金屬材料研究的機構(gòu)有：俄科院金屬研究所、俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、稀有金屬工業(yè)研究所、航空材料研究所、結(jié)構(gòu)材料研究所、重工業(yè)研究所、有色冶金研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質(zhì)合金研究所以及若干研究協(xié)會和企業(yè)。
從事陶瓷材料研究的機構(gòu)有：俄科院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所、固體化學和礦物原料加工研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、結(jié)構(gòu)材料研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所、全俄輕質(zhì)合金研究所以及若干科研生產(chǎn)聯(lián)合體和企業(yè)。
從事復合材料研究的機構(gòu)有：俄科院合成聚合材料研究所、強度物理和材料學研究所、硅酸鹽化學研究所、航空材料研究所、石墨基結(jié)構(gòu)材料研究所、中央特種機械制造研究所、全俄輕質(zhì)合金研究所以及若干科研生產(chǎn)聯(lián)合體和企業(yè)。
從事高分子材料研究的機構(gòu)有：俄科院合成高分子材料研究所、航空材料研究所、國立高分子化學和技術研究所、全俄高分子纖維研究所、國家航空技術研究所以及若干科研生產(chǎn)聯(lián)合體和企業(yè)。
從事高純度材料研究的機構(gòu)：金屬研究所、高純度物質(zhì)化學研究所、稀有金屬工業(yè)研究所、特純材料研究所等研究機構(gòu)及科研生產(chǎn)聯(lián)合體和企業(yè)。
6/英國
英國是全球傳統(tǒng)的新材料強國之一。比如世界上第一座大型塑料橋1992年10月是在英國出現(xiàn)的。世界上第一座用復合材料,主要是玻璃纖維增強塑料建造的大型橋梁在蘇格蘭的阿伯費迪竣工。
這座橋是由蒙賽爾公司和鄧迪大學的工程技術人員共同設計的,橋梁為懸索式結(jié)構(gòu),是用來聯(lián)結(jié)一條河流的兩側(cè)的高爾夫球場的。橋長62米、寬2米,但重量僅為15噸。
英國政府于2019年5月宣布承諾到2050年實現(xiàn)凈零排放。而英國的亨利·羅伊斯研究所（Henry Royce Institute）由參與先進材料研究的九個領先機構(gòu)（包括利茲）組成，并與劍橋大學物理研究所和制造業(yè)研究所一起確定了學術方法。
行業(yè)研究人員可以幫助提供負擔得起且可靠的綠色技術。合作的結(jié)果是五個技術“路線圖”，它們描述了許多關鍵研究領域的發(fā)展如何在減少溫室氣體排放中發(fā)揮重要作用。這些路線圖涵蓋：
用于光伏系統(tǒng)的材料，它將增加太陽能電池板產(chǎn)生的電量。用于產(chǎn)生氫氣和化學原料的低碳方法的材料。熱電能量轉(zhuǎn)換材料，存在于加熱，制冷和空調(diào)系統(tǒng)中。熱量轉(zhuǎn)換材料，可消除在加熱和制冷系統(tǒng)中使用碳。用于低損耗電子設備的材料，這將導致更節(jié)能的電子設備和計算。
研究人員還提出了一系列建議，包括呼吁增加對材料研究和測試設施的投資，制定新法律以確保采用新的綠色技術以及將可持續(xù)性作為任何新的先進材料的核心。
物理與天文學學院的Linfield教授和Katharina Zeissler博士以及Oscar Cespedes博士協(xié)調(diào)了低損耗電子學的技術路線圖。該計劃得到了代表半導體行業(yè)的研究和技術組織CSconnected的支持。
值得一提的是，英國劍橋科技園是歐洲最成功的的科學園區(qū)，也是歐洲最著名的科學園區(qū)之一。劍橋科技園以劍橋大學為主導的產(chǎn)學研合作，致力于發(fā)展生命科學、生物醫(yī)藥、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、新材料、國防等高新技術產(chǎn)業(yè)，擁有超過120家企業(yè)，其中61%的企業(yè)起源于劍橋大學，50%的企業(yè)成立了十年以上，30%的企業(yè)是外資企業(yè)。
英國的新材料研究機構(gòu)：
卡文迪許實驗室：卡文迪許實驗室作為劍橋大學物理科學院的一個系，從1904年至1989年的85年間一共產(chǎn)生了29位諾貝爾獎得主，占劍橋大學諾獎總數(shù)的三分之一。若將其視為一所大學，則其獲獎人數(shù)可列全球第20位，與斯坦福大學并列。其科研效率之驚人，成果之豐碩，舉世無雙。在鼎盛時期甚至獲譽“全世界二分之一的物理學發(fā)現(xiàn)都來自卡文迪許實驗室。
英國ARM公司：英國ARM公司是全球領先的半導體知識產(chǎn)權(quán)（IP）提供商。全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構(gòu)。ARM設計了大量高性價比、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。
早在2014年基于ARM技術的全年全球出貨量是120億顆，從誕生到現(xiàn)在為止基于ARM技術的芯片有600億顆。技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。在智能機、平板電腦、嵌入控制、多媒體數(shù)字等處理器領域擁有主導地位。
英國太赫茲公司Teraview：英國創(chuàng)業(yè)公司TeraView成立于2001年，是世界上第一家致力于太赫茲光成像和光譜學應用的公司。公司的太赫茲技術主要面向研究型實驗室和全球性的生產(chǎn)設施部門，可應用于制藥、汽車、半導體封裝等領域，可大幅縮短檢測時間。
據(jù)稱，在IC封裝方面，使用傳統(tǒng)的區(qū)域檢測方法需要7-10天，而使用該公司的太赫茲技術1天以內(nèi)即可完成，同時能大幅降低因檢測對IC封裝造成的破壞。公司的太赫茲技術還可用于武器及爆炸物的檢測、藥品質(zhì)量的監(jiān)測、汽車及相關領域中涂層表面的檢測以及癌癥檢測的醫(yī)學成像等。
超穎材料企業(yè)Metaboards：Metaboards成立于2016年，由牛津大學的教授和研究人員創(chuàng)立，他們正在嘗試用一種“超穎材料”來提出更好的無線充電解決方案。新方案可以解決目前無線充電的短板，比如需要設備和充電器對接，新科技還能用一個充電點給多個設備充電。
7/韓國
韓國是新材料世界級強國之一。比如2020年10月，三星先進技術研究院Eunjoo Jang團隊曾經(jīng)報道了一種量子產(chǎn)率為100%的無鎘藍光ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子點的合成。所得的器件顯示出高達20.2％的EQE，亮度為88,900cd m-2，在100cd m-2時T50=15,850 h，這是迄今為止全球藍光QD-LED報道的最高值！
韓國早在2001年就成為世界上第5個材料出口國，并且推出了著名的“Fast-Follower”戰(zhàn)略，希望躋身四強。
韓國企業(yè)在“Fast-Follower”戰(zhàn)略推動下，逐漸趕超了原材料行業(yè)發(fā)達國家的企業(yè)。韓國并且在2001年成為世界上第5個材料出口國/地區(qū)。當年材料行業(yè)占韓國出口總額的45%以上，到了2015年達到68%。
韓國希望在未來十年成為在“核心材料”領域?qū)崿F(xiàn)世界第四大出口國的愿望。比如在韓國的大學和研究機構(gòu)中，許多研發(fā)工作正在信息技術、生物技術和環(huán)境技術等多個領域取得進展，一些高頻熱詞包括：功能性有機/無機納米雜化、納米結(jié)構(gòu)的光電材料、超分子材料、太陽能電池和熱能轉(zhuǎn)換的有機材料、自組裝納米顆粒的藥物傳遞、能量生成和儲存的復合材料、氣凝膠、高性能超級電容器、二次鋰電池等。
韓國的材料學家和工程師想要成為新材料技術的“First Movers”，而不是其他發(fā)達國家先進技術的“Fast Followers”，特別是在工業(yè)4.0時代。
韓國一直處于新材料研發(fā)的核心陣營，比如“石墨烯”是典型例子。石墨烯可以廣泛應用在許多不同的領域包括太陽能電池、半導體、透明面板、發(fā)光材料等。盡管石墨烯是國外科學家首先發(fā)明的，但韓國在石墨烯產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新上是一個“最早的行動者”。
2016年，韓國是擁有國內(nèi)和國際石墨烯專利最多的國家：比如來自韓國三星225項專利，LG180項，成均館大學147項，韓國科學技術高等研究院(KAIST)129項，以及首爾國立大學78項。
韓國知識經(jīng)濟部和教育科學技術部之前表示，到2020年將投入5130億韓元(約合人民幣28.2億元)推動“納米融合2020項目”。
值得一提的是，韓國政府在2013發(fā)布《第三次科學技術基本計劃》，提出將在5個領域推進120項國家戰(zhàn)略技術(含30項重點技術)的開發(fā)，其中30項重點技術包括先進技術材料、知識信息安全技術、大數(shù)據(jù)應用技術等。韓國的未來增長動力計劃，集中支持新一代半導體、納米彈性元件、生態(tài)材料、生物材料、高性能結(jié)構(gòu)材料等。
韓國政府在2014年制定了3D打印技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃，并加強了技術開發(fā)、基礎設施建設、人才培養(yǎng)、法律制度完善等基本產(chǎn)業(yè)環(huán)境的建設。2016年，在原有政策與推進工作基礎上，為提高韓國產(chǎn)業(yè)競爭力，韓國制定了《韓國3D打印產(chǎn)業(yè)振興計劃(2017-2019年)》，其目標是在2019年使韓國成為3D打印技術的全球領先國家。
