新材料供應鏈洞察

供應鏈安全日益成為全球各國高度重視的問題。2018年以來，中美貿易摩擦、科技戰、新冠疫情、俄烏沖突不斷沖擊著全球供應鏈。去年11月18日，政治局會議審議了《國家安全戰略》，強調科技、能源礦產、糧食等供應鏈安全問題。我國高端新材料技術和生產偏弱，近年來產能雖有顯著提高，但未能滿足國內高端產品需求，材料強國之路任重而道遠。

新材料供應鏈安全值得重視

1. 全球供應鏈安全面臨挑戰

2018年，中美貿易摩擦發生，美國進一步對華開啟科技戰，中興通訊、中芯國際、華為等多家國內科技公司受到美國制裁，我國對于科技領域“安全可控”“自主可控”重視程度不斷提升。

2020年，新冠疫情爆發，阻斷了全球供應鏈，金屬礦產、紡織服裝、半導體等多個領域因為某個環節的供應問題，造成整個產業供應鏈的緊缺，這使得各國開始對全球產業鏈分工過于細化、經濟全球化程度過高產生一定的擔憂。

2022年，俄烏沖突開始，由于俄烏在能源、部分金屬礦產（如鋁、鎳等）以及農產品等領域資源豐富，隨著俄羅斯被北約集體制裁，相關產品難以出口，再次造成全球供應鏈風險，能源及原材料價格大幅上漲。國內對供應鏈安全的強調也從科技轉向了糧食、能源等國民經濟的各個領域。

2021年11月18日，中共中央政治局會議審議了《國家安全戰略》等重要文件，強調“要強化科技自立自強作為國家安全和發展的戰略支撐作用”，“必須牢固樹立總體國家安全觀”，“確保糧食安全、能源礦產安全、重要基礎設施安全，加強海外利益安全保護”，“加快提升生物安全、網絡安全、數據安全、人工智能安全等領域的治理能力”。

在百年未有之大變局、國際關系愈發復雜的今天，供應鏈安全將會成為未來很長一段時間我國關注的重要問題。

2. 我國高端新材料技術和生產偏弱，國產化需求迫切

我國高端新材料技術和生產偏弱，近年來產能雖有顯著提高，但未能滿足國內高端產品需求，材料強國之路任重而道遠。根據工信部2019年的報告顯示，我國新材料產業還有32%的關鍵材料處于空白狀態，需要進口關鍵新材料達52%，進口依賴度高，尤其是智能終端處理器、制造及檢測設備、高端專用芯片領域，進口依賴度分別達 70%，95%，95%，存在巨大的國產化空間。

2021年3月13日，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》發布，其中明確提出深入實施制造強國戰略，并對高端新材料的發展做出明確指示：推動高端稀土功能材料、高品質特殊鋼材、高性能合金、高溫合金、高純稀有金屬材料、高性能陶瓷、電子玻璃等先進金屬和無機非金屬材料取得突破，加強碳纖維、芳綸等高性能纖維及其復合材料、生物基和生物醫用材料研發應用，加快茂金屬聚乙烯等高性能樹脂和集成電路用光刻膠等電子高純材料關鍵技術突破。同時，規劃提出要發展壯大戰略性新興產業，聚焦新一代信息技術、生物技術、新能源、新材料、高端裝備、新能源汽車、綠色環保以及航空航天、海洋裝備等戰略性新興產業，加快關鍵核心技術創新應用，增強要素保障能力，培育壯大產業發展新動能。

半導體材料

1. 硅片： 大陸本土廠商正陸續進入大硅片領域

硅是一種良好的半導體材料，耐高溫、抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件。以硅為原材料，通過拉單晶制作成硅棒，然后進行切割就形成了硅片。硅片主要用于半導體、光伏兩大領域，半導體硅片在晶體、形狀、尺寸大小、純度等方面要比光伏用晶片要求更高，光伏用硅片的純度要求硅含量為4N-6N之間，半導體用硅片在9N-11N左右，制作工藝更加復雜，下游應用也更為廣泛。半導體用硅片位于產業鏈的最上游，主要應用于集成電路、分立器件及傳感器，是制造芯片的關鍵材料，影響著更下游的汽車、計算機等產業的發展，是半導體產業鏈的基石。

受益于半導體產品的技術進步和下游相關電子消費品的品類增加，半導體硅片的需求量逐年上升，規模不斷增長，2021年全球半導體硅片市場規模達到140億美元，同比增長25%。

2021年中國半導體硅片市場規模約為16.6億美元，但國內企業所占份額較少，產能主要集中于6英寸硅片上，12英寸硅片主要依賴進口，國產化率僅13%，8英寸硅片也只有少數廠商可以供應，國產替代空間廣闊。

半導體硅片的國內廠商正在加速追趕，滬硅產業在12寸硅片領域一馬當先，除此之外，中環股份、立昂微、超硅半導體等企業也已進入大硅片領域。中國是全球最大的半導體終端市場，隨著中國芯片產能的持續擴張，我國半導體硅片的市場規模將會加速增長，大硅片領域發展前景廣闊。

2. 碳化硅（SiC）： 國內企業集中于中低端國產替代，高端市場有待挖掘

碳化硅是目前發展最成熟的寬禁帶半導體材料，也是第三代半導體材料的代表材料。碳化硅材料具有很多優點：化學性能穩定、導熱系數高、熱膨脹系數小、耐磨耐高壓。采用碳化硅材料碳化硅生產過程分為單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應的是產業鏈襯底、外延、器件與模組三大環節。其中，襯底和外延占據主要價值，在產業鏈中的成本占比分別為47%、23%。

碳化硅應用領域廣闊，行業的成長動力充足。目前碳化硅功率器件有四個主要應用場景：新能源汽車：電機驅動系統中的主逆變器；光伏：光伏逆變器；軌道交通：功率半導體器件；智能電網：固態變壓器、柔性交流輸電、柔性直流輸電、高壓直流輸電及配電系統。2021年碳化硅功率器件的市場規模超過10億美元，隨著碳化硅功率器件的進一步發展，據Yole預測，2027年碳化硅功率器件市場規模有望達到63億美元， 2021～2027年間復合年增長率高達34%。

目前，碳化硅產業格局呈現美國獨大的特點。碳化硅行業存在較高的技術門檻，研發時間長，美國、歐洲、日本等國家與地區多年來不斷改良碳化硅單晶的制備技術、研發制造相關設備，在碳化硅產業鏈各環節都具有較大優勢。其中，行業巨頭Wolfspeed實力強勁，擁有垂直一體化的生產能力，在碳化硅襯底市場占據45%份額，在碳化硅外延晶片市場占據 52%份額。

我國是碳化硅最大的應用市場，2021年碳化硅單晶片市場規模達到18.93萬片。但目前碳化硅產品仍有80%左右依賴進口，具有較大的國產替代潛力。

當前中國企業在碳化硅領域市占率低，但已逐漸培育產業鏈的各個環節。國家對該產業發展也頗為重視，通過“國家高技術研究發展計劃”（簡稱863計劃）、國家“02專項”促進其發展，并將碳化硅襯底列入十三五《戰略性新興產業重點產品目錄》。以天科合達和天岳先進為主的國內碳化硅晶片廠商發展速度較快，其中天科合達的部分產品在核心參數上已經達到國際先進水平，碳化硅晶片產品對外銷往北美、歐洲、日本、韓國等國家和地區，市占率提升明顯；而天岳先進碳化硅產品已成功批量供應于國內碳化硅行業的下游核心客戶，同時被國外知名的半導體公司使用。

光學和電子化學品

1. 光學膜： 產業積累不足，高端領域被國際廠商壟斷

光學膜是一種能夠滿足特定光學需求的材料，是一類材料的總稱。根據功能不同，光學膜可分為反射膜、偏光片、擴散膜、增亮膜和濾光片等。光學膜應用領域廣泛，覆蓋了電子顯示、建筑、汽車、新能源等多個下游領域。

液晶顯示器是光學膜最主要的應用領域，LCD顯示領域可大致分為偏光片和背光模組兩種光學膜產品，兩者采用的原材料有較大差異。偏光片的核心原材料主要是PVA膜及TAC膜，根據頭豹研究院的數據，PVA膜和TAC膜兩者成本占比合計達到了62%。而在背光模組中，增亮膜、擴散膜是核心元件，占到整個背光模組成本的 35%。

日韓廠商在偏光片領域擁有市場領先地位。在偏光片所涉及的PVA膜和TAC膜方面，PVA膜市場目前主要由日本可樂麗所壟斷，占比近82%，而國內產商方面，僅有皖維高新在全球市場上有一席之地，但占有率不足1%，且主要供應中低端市場。此外，TAC膜市場基本被日本企業壟斷，富士膠片、柯尼卡美能達、瑞翁三家日企排名前三，市場占有率合計達78%，韓國曉星和中國臺灣新光合成纖維也占據了一部分市場。

背光組光學膜領域，2014-2019年間，全球背光模組光學膜市場規模從91億美元增長至135億美元，復合年增長率達到8.2%。其中，中國的背光模組光學膜市場規模2019年達到81.4億美元，占全球市場規模的60%左右。背光模組主要由美、日、韓和我國臺灣地區主導。所涉及的增亮膜和擴散膜方面，增亮市場最初由美國3M控制，2007年，隨著美國3M 增亮膜專利陸續到期，大量企業進入增亮膜的生產領域。目前，全球主要的增亮膜生產企業包括3M、LG以及臺灣迎輝，美國3M仍占據了全球一半的市場。而擴散膜市場則被日本和韓國企業所瓜分。

在國內市場中，我國市場份額居前的光學膜本土生產企業主要包括雙星新材、激智科技、康得新、航天彩虹、東材科技等公司。根據智研咨詢的數據，2020年，雙星新材、激智科技、康得新、航天彩虹、東材科技的市場占有率分別為4.12%、2.76%、2.25%、1.27%、1.05%，總計占比不超過 15%，高端光學膜市場依舊被日本東麗、3M、三菱、SKC等占據，國產替代之路任重道遠。從技術水平上來看，在背光模組光學膜領域，激智科技已經攻克了擴散膜和增亮膜生產的核心技術，實現了光學膜生產的完全國產化和產業化，掌控了中低端市場。

2. 光刻膠： 日本企業壟斷高端技術領域，我國企業追趕空間廣闊

光刻膠是一種在不同光照、輻射等因素的影響下溶解度會出現改變的特殊材料。當我們使用紫外光、電子束、離子束、各類射線照射光刻膠材料時，光刻膠的溶解度會改變。憑借這一特殊性質，光刻膠在微電子制造、微細圖形線路蝕刻領域有極高的應用價值，是半導體制造中最關鍵的材料之一。根據光刻膠的應用領域，光刻膠可以分為PCB光刻膠、LCD光刻膠以及半導體光刻膠。從研發難度來看，用于印制電路板的PCB光刻膠難度最小，用于液晶顯示面板的LCD光刻膠研發難度居中，而用于集成電路制造半導體光刻膠研發難度最大，對各項關鍵性能的要求最高。根據前瞻產業研究院的估計，2021年全球光刻膠市場規模約為96億美元。其中，PCB光刻膠市場規模約為18億美元，LCD光刻膠的市場規模約為20億美元，半導體光刻膠市場規模約為18億美元。預計到2026年，全球光刻膠市場規模將增長至123億美元，2019-2026 年間復合年增長率有望達到6.0%。

目前，光刻膠制造行業的行業集中度很高，核心技術和大部分市場份額掌握在日本公司手中。在20世紀80年代以前，美國在光刻膠領域占有絕對的技術優勢和產能優勢。但是，隨著全球電子制造業的重心轉移至日本、韓國，日本集成電路產業快速發展。此后，上游尖端材料國產化的需求日益旺盛。在此背景下，20世紀90年代，日本通過KrF光刻膠的技術迭代實現了對美國的彎道超車，此后一直維持著光刻膠領域的絕對競爭力。目前，日本的東京應化、JSR、信越化學及富士膠片四家企業占據了全球光刻膠市場70%以上的市場份額，處于市場壟斷地位。

在上游原材料環節，光刻膠最核心的原材料是光引發劑以及樹脂，制作過程對精細化工技術及產業化能力有較高的要求。目前，產業積淀深厚的日本在光刻膠上游原材料領域有較高的市場份額，掌握著關鍵材料的定價權。

根據 Trendbank 研究報告，全球主要光刻膠原材料企業分布于日本、美國、中國、韓國、英國以及荷蘭。其中，日本企業占比最高，達到50%左右。此外，雖然我國企業數量占比達29.5%左右，但是我國企業產品品種、規格較為單一，產量和規模較小，且以配套 PCB光刻膠的原材料居多。因此，我國暫未在光刻膠原材料領域獲得全球競爭力。

目前，我國在 PCB 領域以及面板領域的光刻膠應用上已經有了充足的產業化經驗，在濕膜光刻膠等領域已經能夠實現大規模的國產替代。雅克科技、飛凱材料、永太科技是這一領域的代表企業，市場競爭力明顯。在半導體光刻膠領域，我國主要生產企業包括晶瑞股份、南大光電、上海新陽、北京科華、榮大感光、博康化學等公司。近年來，我國在半導體光刻膠領域追趕勢頭非常明顯，在政策、產業、資本的全方位支持下發展速度較快，國內廠商已經在中高端半導體光刻膠的生產研發上嘗試突破。但是，與國際市場半導體光刻膠比重相比，我國半導體光刻膠所占比例明顯更低，未來向國際先進水平的追趕空間仍然十分廣闊。在半導體光刻膠領域，我國企業量產產品以技術要求相對較低的 i 線/g線光刻膠為主，但目前i線/g線光刻膠國產比例也仍有較大提升空間。在更高端的KrF、ArF光刻膠領域，目前國產替代比例非常低，更高端的EUV光刻膠仍處于研發階段。目前，北京科華、博康化學實現了KrF光刻膠的量產，研發生產技術處于國內領先的位置。在ArF光刻膠領域，南大光電自主研發、生產的ArF光刻膠預計可以達到90nm-14nm制程的集成電路制造要求。目前，南大光電產品已在存儲芯片50nm閃存平臺以及邏輯芯片55nm技術節點上得到了認證。如果后續能夠順利實現ArF光刻膠產業化，國內光刻膠制造領域將迎來一次歷史性的突破。

3. 有機發光材料： 我國企業占據產業鏈上游，未來將向下游前進

有機發光材料是OLED上游核心原材料，是OLED顯示面板能夠形成自發光特質的基礎。制備有機發光材料首先需要將化學原材料合成為OLED中間體，再由中間體經合成形成粗單體，最后通過復雜的升華、提純得到制作OLED顯示面板使用的高純發光材料。

有機發光材料可進一步細分為發光主體材料（紅色、藍色、綠色主體材料），以及摻雜材料。雖然都屬于有機發光材料，但不同細分領域的主體材料、合成工藝、生產難度都存在一定差異。因此，發光材料每一個細分領域的市場競爭結構都有明顯的差異，但主要公司均為美國、日本、韓國、德國企業。根據市場研究公司UBI research的數據顯示，2021年，全球 OLED有機發光材料市場的規模已經達到15.2 億美元，同比增長17%。

我國有機發光材料市場規模約為47億元，中國企業在OLED（是指有機電激光顯示、有機發光半導體）。OLED屬于一種電流型的有機發光器件升華前材料（中間體、前端材料）領域中具備一定的國際競爭力。根據公開資料，目前我國OLED中間體/粗單品的主要生產商包括萬潤股份、濮陽惠成、瑞聯新材等公司。以瑞聯新材為例，2019年瑞聯新材在全球OLED升華前材料的市場占有率約為14%，公司下游客戶包括Idemitsu、Dupont、Merck、Doosan、Duksan等全球主要OLED終端材料廠商。

根據奧來德招股說明書以及賽迪智庫報告，在OLED有機發光材料成品領域中，我國國產化比例維持在較低的水平。通用輔助材料（電子功能、空穴功能等材料）國內市場占比 12%左右，而發光層材料占比不足5%，進口依賴程度高。目前，中國面板企業在關鍵材料上的議價能力較弱，未來國產替代空間較大。

輕量化材料

1. 碳纖維：核心生產技術集中在日本、美國，我國龍頭企業正逐步打破國外技術壟斷

碳纖維是比強度和比剛度最高的高性能纖維，用途十分廣泛。碳纖維（Carbon Fiber）是由聚丙烯腈（PAN）或瀝青、粘膠等有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量高于 90%的碳主鏈結構無機纖維，是實現大批量生產的高性能纖維中具有最高比強度（強度比密度）和最高比剛度（模度比密度）的纖維。碳纖維材料以其出色的性能被用于航空航天、風電、體育休閑、汽車等多個領域，是新材料領域用途最廣泛、市場化最高的材料。

行業預計，未來十年碳纖維需求量將翻3～4倍，到2030年達到40萬噸的規模。自2015年來，世界碳纖維需求量一直保持約12%的增長，近兩年由于疫情原因，航空業受挫影響了高價值的高性能碳纖維銷售，增速有所放緩。但由于碳纖維下游應用市場持續發力，未來碳纖維市場規模有望翻倍式增長。碳纖維市場的四大應用行業是風電葉片、航空航天、體育休閑、汽車，2021年四大下游行業碳纖維需求量的占比超過65%。

近年來我國碳纖維產能快速擴張，產能利用率快速提升。近年來受下游需求拉動，我國碳纖維產能快速擴張，2021年我國碳纖維運行產能6.35萬噸，同比增長75.41%，占全球碳纖維運行產能的30.5%，產能規模全球第一。過去我國碳纖維產業“有產能無產量”的現象較為嚴重，產能利用率遠低于國際平均水平，近年來隨著國內企業不斷實現技術突破，產能利用率快速提升，從2016年的14.94%增長至 2020年的51.1%，但較65%-85%的國際普遍水平仍有一定提升空間。

我國碳纖維市場國產替代趨勢明顯。近年來我國碳纖維市場需求不斷提升，2021年我國碳纖維市場需求量達6.24萬噸，同比增長 27.7%。國產化率從2016年的18.4%提升至 2021年的46.9%，國產替代趨勢明顯。

主要原因一是受疫情影響碳纖維進口難度增加；二是日本、美國等國限制碳纖維對華出口，國內需求缺口增加；三是國內碳纖維新產能投放，產量增加。

我國碳纖維產品需求結構存在進一步升級的空間。我國碳纖維應用以風電葉片和體育休閑為主，而高附加值的航空航天應用占比不到5%，與全球水平存在顯著差距。從單價來看，應用于航空航天領域的碳纖維單價達7.2萬美元/噸，價格水平為其他領域碳纖維價格的2.5倍以上。

龍頭企業正逐步打破國外技術壟斷。經過長期的技術積累，我國以吉林化纖、中復神鷹、寶旌、新創碳谷、恒神股份、光威復材等為代表的國內碳纖維龍頭企業正逐步打破國外技術壟斷，產能規模不斷擴張，部分企業產品性能與國際龍頭比肩。

2. 鋁合金汽車車身板：有效產能主要分布在歐美，國內僅南山鋁業具有批量供應能力

鋁合金是理想的輕量化材料，迎合了汽車輕量化的趨勢。鋁合金是鋁和鎂、銅、硅、錳各種金屬元素的產物，在和鋼結構保持相同強度的條件下，比鋼輕50%。鋁合金塑性好，可加工成各種型材，且具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，且鋁合金的回收率達到80%，對環境的破壞較小，是理想的輕量化材料，被廣泛應用于飛機、汽車、火車、船舶等制造工業。

全球新能源汽車銷量迅速躍升，推高汽車鋁板需求。當前燃油車是汽車鋁材消耗的主力，未來新能源車市場將成為汽車用鋁的主要增量市場。從2016年到2021年，全球新能源汽車銷量從75萬輛躍升至約650萬輛，過去五年復合增長率高達53.7%。據EVTANK最新預測，2030年全球新能源汽車銷量有望達到4780萬輛，占當年新車銷量的比例接近50%。并且就單車耗鋁量而言，純電動車平均單車耗鋁量比燃油車高約30kg。

相關數據表明，汽車鋁板有效產能主要分布在歐美地區，美國企業占據絕對領先地位。2020年全球汽車鋁板年產能約在390萬噸附近，集中在北美洲、歐洲和亞洲地區，中國產能占全球比重約26.2%，居于世界第二，但產能多為淘汰產能和落后產能，產能利用率嚴重偏低。

從企業來看，全球汽車板產能主要集中在諾貝麗斯、肯聯鋁業、美國鋁業、美國特殊合金、海德魯、日本神戶鋼鐵等國外企業。其中，美國企業利用其多年技術積累和全球化布局的優勢，牢牢占據了汽車鋁板產能的前幾大席位。

（本文選自智匯聯《高校科技成果推介匯編》，經作者同意刊登。內容有刪減，標題為編者所加；本文為作者觀點，責任自負，并不代表本刊及其主辦、主管機構觀點。）