在当今时代，材料创新已成为推动社会进步和经济发展的核心力量，深刻地影响着人们生活的方方面面。从新能源的开发利用到医疗技术的突破，从基础设施的升级建设到电子产品的迭代更新，材料科学的创新成果无处不在。英国，凭借其深厚的材料科学底蕴，在这一领域一直处于世界领先地位。《国家材料创新战略》的出台，更是为英国材料创新的未来发展绘制了宏伟蓝图，旨在进一步巩固其全球领导地位，通过材料创新推动经济增长，解决社会面临的诸多重大挑战。

该战略由英国国家先进材料研究所——亨利·罗伊斯研究所（Royce）牵头推进，旨在利用英国在材料科学领域的世界领先专长，应对可持续发展、能源效率与医疗健康等重大挑战。

在制定过程中，通过线上研讨会等形式，广泛征求了超过 270 家不同机构的 2000 多名专家的意见。这些专家来自不同的行业和领域，包括大型企业的高管、高校的科研人员、政府部门的政策制定者以及非政府组织的代表等。他们从各自的专业角度出发，分享了对市场机会、材料创新解决方案的见解，以及实现这些解决方案所需的能力和投资方面的差距。

经过充分的讨论和分析，确定了 19 个具体的材料创新机会和 40 多个优先事项。这些机会和优先事项涵盖了多个领域，从新兴的量子技术到传统的建筑材料领域，都有涉及。它们是基于对市场需求、技术发展趋势、英国自身优势和面临挑战的综合评估而确定的，具有很强的针对性和前瞻性，为英国材料创新的未来发展指明了重点方向。

《国家材料创新战略》概述了一项通过先进材料创新驱动英国经济增长的全面咨询、架构与行动计划。

• 通过促进产业界、学术界与政府的三方协作，该战略致力于加速从基础研究到商业化的转化进程，提升生产力，增强国家抗风险能力，并创造高技能就业岗位。

• 重点领域涵盖能源解决方案、未来医疗、结构创新、先进表面技术、下一代电子器件及可持续消费品。这一倡议将巩固英国在全球材料创新领域的领导地位，为繁荣可持续的未来奠定基础，支撑英国多元化产业发展。

• 战略规划了六大"机遇主题"，旨在推动高影响力创新，促进生产率提升、就业增长与全民繁荣。其独特之处在于聚焦具有变革性的赋能技术与方法——这些被纳入"横向主题"的创新将彻底重塑材料创新在多领域的应用模式。

• 其中，"材料4.0"与"可持续性"两大横向主题具有颠覆性意义，需要采用灵活的系统思维整合多元技术方法，通过整体性视角实现材料创新在实施、应用与规模化方面的质的飞跃。

• 报告包括《材料未来：国家材料创新战略执行摘要》与《国家材料创新战略完整报告》两份核心文件。

战略目标体系包含九大核心要务：

1. 加速创新：打通从发现到应用的转化路径，打破行业壁垒与学科界限

2. 驱动经济增长：通过材料创新显著提升经济贡献，创造高技能就业

3. 可持续与韧性发展：将可持续理念融入创新全流程，助力净零经济转型

4. 应对重大挑战：重点突破能源系统脱碳、医疗革命、循环经济等关键领域

5. 发挥既有优势：整合英国顶尖研发实力、监管环境与人才储备实现突破

6. 构建统一框架：建立跨行业协同机制应对共性机遇与挑战

7. 培育高价值产业：聚焦高潜力投资领域，以示范性创新支撑重点产业

8. 促进协同创新：搭建产学研政多方协作的创新生态

9. 巩固全球领导力：持续提升英国在材料科学与创新领域的国际话语权

这一目标体系旨在将材料科技潜力转化为现实生产力，确保英国保持全球材料创新领导地位。通过系统布局，战略将推动材料创新成为英国经济转型升级的核心引擎，为构建可持续未来提供关键支撑。

材料创新是未来技术发展的核心，影响能源、国防、基础设施、医疗和数字化等关键领域。英国在材料科学领域具备深厚的学术和产业基础，拥有世界领先的专业知识。

当前，英国材料科学在全球处于领先地位。英国在材料科学领域拥有卓越的学术和产业基础。众多世界知名的高校，如牛津大学、剑桥大学和曼彻斯特大学等，在材料科学研究方面成果丰硕，培养了大量顶尖人才。英国的材料产业也十分发达，涵盖了从基础材料生产到高端材料应用的多个领域，拥有一批在国际上具有竞争力的企业。

然而，英国材料创新也面临着一系列挑战。其中，研究成果商业化的瓶颈问题尤为突出，许多具有潜力的材料研究成果难以顺利转化为实际产品并推向市场，导致创新价值无法充分实现。此外，跨领域协作不足，不同研究学科、供应链和产业之间缺乏有效的沟通与合作，限制了材料创新的整体效能。

因此，制定国家材料创新战略具有紧迫性和重要性，它将为英国材料创新的发展提供明确的方向和有力的支持。

（一）经济贡献

材料创新企业在英国经济中占据着重要地位，对英国经济的直接和间接贡献巨大。每年，材料创新企业为英国经济贡献约 450 亿英镑，这一数字占英国总 GVA 的 2%。更为重要的是，这些企业的创新活动带动了相关产业的发展，在更广泛的生产活动中创造了高达六倍于自身贡献的价值。

英国制造业是材料创新的重要应用领域，对材料的依赖程度极高。材料创新为制造业提供了高性能、高质量的原材料和先进的制造技术，推动了制造业的升级和发展。英国制造业每年为 GVA 贡献 2200 亿英镑，支持着 260 万个工作岗位，其中 85% 的生产活动分布在伦敦和东南部以外的地区，促进了区域经济的均衡发展。材料创新企业还吸引了大量的投资。在过去的三年里，这些企业平均每年在英国获得 80 亿英镑的外部公私资金，用于支持创新活动。这些资金的注入为企业的研发、生产和市场拓展提供了有力的保障，进一步推动了材料创新产业的发展。

（二）就业带动

材料创新领域是创造就业机会的重要源泉，为不同技能水平的人群提供了广泛的就业岗位。目前，约有 52,000 人在英国 2700 家活跃于材料创新的公司中从事材料相关工作，这些岗位的经济价值显著，为 GVA 贡献高达 44 亿英镑。

在不同规模的企业中，材料相关岗位的占比呈现出明显的差异。在微型企业中，材料特定岗位平均占比 40%，这表明微型企业对材料专业人才的高度依赖，材料创新在微型企业的发展中起着核心作用；小型企业中该比例为 22%，小型企业通过材料创新提升产品竞争力，创造了更多的就业机会；中型企业占比 10%，中型企业在扩大生产规模和拓展市场的过程中，对材料创新人才的需求也在不断增加；大型企业占比 6%，虽然占比相对较小，但由于大型企业的规模效应，其材料相关岗位的绝对数量仍然相当可观。随着材料创新产业的不断发展，对材料技能的需求持续增长。

预计到 2035 年，材料特定工作岗位的数量至少会翻倍。这一趋势不仅反映了行业的蓬勃发展，也为求职者提供了广阔的职业发展空间。英国一些知名企业，如捷豹路虎、摩根先进材料、阿尔特拉德、劳斯莱斯等，都是材料专业人才的重要雇主，为他们提供了丰富的职业发展机会。

（三）增长潜力

英国在多个材料创新领域展现出巨大的增长潜力，拥有一系列高价值的投资机会。在复合材料领域，其市场价值已达 40 亿英镑，且预计将以 6 - 9% 的年复合增长率持续增长。复合材料凭借其轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车制造、可再生能源等领域有着广泛应用。例如在航空航天领域，采用复合材料制造飞机部件，能够有效减轻飞机重量，提高燃油效率，降低运营成本。随着这些行业的不断发展，对复合材料的需求将持续攀升，为英国相关企业带来广阔的市场空间。

生物电子学是英国另一个具有显著增长潜力的领域，市场价值在 1.32 亿 - 1.63 亿英镑之间，年复合增长率为 6 - 14%。生物电子学融合了生物学、电子学和材料科学等多学科知识，致力于开发能够与生物系统相互作用的电子设备。英国在生物电子学研究方面处于世界前沿，每年产出约占全球 11% 的相关科学论文。例如，可穿戴式生物传感器能够实时监测人体健康状况，为医疗保健提供个性化的解决方案；植入式生物电子设备则有望用于治疗神经系统疾病、糖尿病等慢性疾病。随着技术的不断进步和市场需求的增长，生物电子学领域的市场规模有望迅速扩大。

光子学在英国同样具有重要的战略地位，市场价值高达 152 亿英镑，年增长率为 3.4%。光子学利用光的特性来实现各种功能，涵盖了光通信、光显示、光传感等多个应用领域。在光通信领域，光子学技术的发展使得数据传输速度不断提升，满足了人们对高速互联网和大数据传输的需求。随着 5G 技术的普及和未来 6G 技术的研发，光通信市场将迎来更大的发展机遇。在光显示领域，光子学技术推动了高分辨率、高对比度显示设备的发展，为消费者带来更好的视觉体验。英国在光子学领域的技术积累和创新能力，将有助于其在全球市场竞争中占据优势地位。

基础产业作为英国经济的重要支柱，市场价值达到 520 亿英镑，年增长率约为 9%。基础产业包括钢铁、化工、建材等行业，这些行业对材料的需求巨大且持续稳定。材料创新在基础产业中发挥着关键作用，能够推动产业升级，提高生产效率，降低能源消耗和环境污染。例如，新型钢铁材料的研发可以提高钢铁的强度和耐腐蚀性，延长钢铁制品的使用寿命；绿色化工技术的应用可以减少化学工业对环境的影响，实现可持续发展。

量子技术是近年来备受关注的前沿领域，英国在这一领域也取得了显著进展，市场价值为 17 亿英镑，年复合增长率高达 14.3%。量子技术基于量子力学原理，具有超越传统技术的计算能力、通信安全性和传感精度。在计算领域，量子计算机有望解决一些传统计算机难以处理的复杂问题，如密码破解、药物研发、气候模拟等；在通信领域，量子通信可以实现绝对安全的信息传输，保障国家信息安全。英国在量子材料的研发和应用方面具有一定的优势，通过进一步的创新和投资，有望在全球量子技术竞争中取得领先地位。

（四）解决重大挑战

材料创新在解决英国乃至全球面临的重大挑战方面发挥着不可或缺的作用，涉及能源、健康、交通、制造、国家安全和资源可持续利用等多个关键领域。

在能源领域，材料创新是实现能源转型和可持续发展的核心驱动力。随着全球对气候变化问题的关注度不断提高，英国致力于减少碳排放，实现净零碳目标。材料创新在这一过程中发挥着关键作用。例如，在电池储能方面，研发高性能、长寿命且可持续的电池材料，对于推动电动汽车的发展和实现可再生能源的有效存储至关重要。新型电池材料的应用可以提高电池的能量密度，延长电动汽车的续航里程，降低充电时间，促进电动汽车的普及。在氢能源领域，开发能够承受极端温度、压力和腐蚀条件的材料，对于实现氢气的安全运输、高效存储和有效利用至关重要。这些材料创新不仅有助于英国实现能源转型，还能带动相关产业的发展，创造新的经济增长点。

在健康领域，材料创新为改善医疗保健水平提供了重要支撑。随着人口老龄化的加剧，人们对医疗保健的需求不断增加，对医疗设备的性能和安全性也提出了更高的要求。生物相容性材料的研发能够满足这一需求，这些材料可以与人体组织和细胞良好地相互作用，减少不良反应，提高医疗设备的安全性和有效性。例如，用于制造人工关节、心脏支架等植入式医疗器械的生物相容性材料，能够降低人体的免疫排斥反应，延长器械的使用寿命，提高患者的生活质量。生物电子材料的发展为医疗诊断和治疗带来了新的突破。可穿戴式生物传感器能够实时监测人体的生理参数，如心率、血压、血糖等，为疾病的早期诊断和预防提供依据。植入式神经刺激器可以通过调节神经信号，治疗帕金森病、癫痫等神经系统疾病。

交通领域，材料创新推动着交通工具的轻量化和高效化发展。在汽车制造中，使用高强度、低密度的材料，如碳纤维复合材料，可以显著减轻车身重量，降低能耗，提高燃油效率。这不仅有助于减少汽车尾气排放，还能提升汽车的性能和操控性。在航空航天领域，先进的材料能够承受极端的温度、压力和机械应力，确保飞行器的安全和可靠性。例如，高温合金和陶瓷基复合材料被广泛应用于航空发动机部件的制造，提高发动机的热效率和推力，降低燃油消耗。

制造业中，材料创新是提高产品质量和生产效率的关键。新型材料的应用可以使产品具有更好的性能和更长的使用寿命，减少资源浪费和环境污染。通过材料创新，还能够推动制造业的数字化和智能化发展，提高生产过程的自动化水平和生产效率。在电子制造领域，高性能的半导体材料和新型电子封装材料的研发，促进了电子产品的小型化、高性能化和多功能化。

对于国家安全而言，材料创新关乎国家的战略安全和国防实力。在军事领域，先进的材料被广泛应用于武器装备的制造。高性能的隐身材料可以降低军事装备的雷达反射截面积，提高其隐身性能，增强作战的隐蔽性和突然性。高强度、轻量化的材料则用于制造坦克、飞机、舰艇等装备，提高其机动性和防护能力。材料创新还在通信、情报收集等领域发挥着重要作用，保障国家信息安全。

在资源可持续利用方面，材料创新致力于开发可回收、可降解的材料，减少对自然资源的依赖，降低废弃物对环境的影响。在包装行业，研发可生物降解的塑料和纸质材料，能够有效减少塑料垃圾的产生，解决 “白色污染” 问题。通过材料创新提高资源的回收利用率，实现资源的循环利用，推动循环经济的发展。例如，新型的金属回收技术和材料再生工艺，可以从废旧电子产品、汽车零部件等废弃物中提取有价值的金属，减少对原生矿产资源的开采。

4.1 能源解决方案（Energy Solutions）

能源是全球关注的核心问题，材料科学的突破对于提高能源利用效率、推动低碳能源发展至关重要。英国的材料科学与成熟的能源产业紧密结合，可在以下方向取得突破：

• 电池材料：开发更高效、可持续的储能技术，如钠离子电池、固态电池等，以减少对锂离子电池的依赖。

• 氢能材料：改进氢燃料电池的催化剂，提高耐久性，减少贵金属依赖。

• 太阳能与光伏材料：提升太阳能电池的能量转换效率，并发展新型材料，如钙钛矿太阳能电池。

• 核能材料：开发耐高温、耐辐射的新型核燃料材料，支持下一代核反应堆技术。

• 废热回收材料：研究用于工业领域的先进热管理材料，提高能源利用效率。

案例：风力涡轮机叶片的雷达干扰问题
研究表明，风力涡轮机的旋转叶片会影响雷达系统，英国正开发新型纳米涂层材料，以减少这种干扰，从而促进风力发电场的建设。

此外，英国计划建立国家能源材料实验室，用于测试和优化新型储能与发电材料，加快技术从实验室到市场的转化进程。

4.2 未来医疗（Future Healthcare）

全球人口老龄化加剧，医疗负担增加，材料科学在生物医学领域的突破将带来更高效、更精准的医疗解决方案。

• 生物兼容材料：研发更安全、耐用的植入式医疗材料，如人工关节、心脏支架等。

• 生物电子材料：利用石墨烯等先进材料，制造高灵敏度的神经接口设备，帮助治疗帕金森病、癫痫等神经疾病。

• 个性化医疗材料：发展3D打印技术，制造个性化医疗植入物，提高患者治疗效果。

• 高性能药物递送材料：开发纳米载体，提高药物靶向能力，减少副作用。

案例：石墨烯神经植入

英国团队研发的石墨烯神经接口，可提高脑部信号检测精度，支持更精准的神经疾病治疗。

英国政府计划在未来五年内投资3亿英镑，用于生物医学材料的研发，推动材料在医疗行业的广泛应用。

4.3 结构创新（Structural Innovations）

结构创新涵盖建筑、基础设施和交通系统领域，需要更轻、更强、更耐久的材料来提高安全性和能源效率。

• 低碳建筑材料：开发可替代水泥的新型建筑材料，如低碳混凝土、复合材料，以减少碳排放并提高建筑耐久性。

• 高性能合金与陶瓷材料：应用于航空、汽车、桥梁等基础设施，以提高结构强度、耐高温性和抗腐蚀能力。

• 智能自修复材料：利用纳米技术和仿生材料开发可自修复的混凝土、涂层和复合材料，以降低维护成本。

4.4 高级表面技术（Advanced Surface Technologies）

表面技术创新能够大幅提高材料的耐久性、功能性和环保性能，尤其在极端环境应用中具有重要意义。

• 摩擦学和表面处理：开发低摩擦涂层，以降低机械能耗并提高设备使用寿命。

• 极端环境耐受材料：研究耐高温、耐腐蚀、耐辐射的涂层和材料，以满足航空航天、核能和深海探索的需求。

• 智能表面技术：开发具有自清洁、防污、防冰等功能的表面材料，提高产品的可靠性和安全性。

4.5 新一代电子、通信与传感器（Next-Generation Electronics, Telecommunications & Sensors）

电子技术的进步依赖于高性能材料的突破，未来电子、通信和传感器的发展需要更高效、低功耗和耐用的材料支持。

• 高效功率电子材料：研究宽禁带半导体材料（如氮化镓、碳化硅）以提高电力转换效率，支持电动汽车和可再生能源系统。

• 量子材料：用于量子计算、量子通信和量子传感，推动信息技术革命。

• 光电子与通信材料：开发高速光纤和5G通信技术所需的新材料，提高数据传输速率并降低能耗。

4.6 消费品、包装与特种聚合物（Consumer Products, Packaging & Specialist Polymers）

消费品和包装行业面临环保压力，新材料的开发将推动可持续消费模式。

• 可降解包装材料：替代传统塑料包装，减少环境污染，实现绿色循环经济。

• 可持续弹性体：提高橡胶、医用手套和轮胎等产品的可回收利用率，降低对石油基材料的依赖。

• 高性能聚合物：开发新型聚合物材料，提高耐热性、耐化学性和力学性能，满足航空、汽车、医疗等行业的需求。

5.1 材料4.0（Materials 4.0）

材料4.0指的是利用人工智能、大数据、机器学习、数字孪生等前沿技术，加速材料的研发、测试和制造进程。该主题的核心目标包括：

• 智能材料设计：通过计算材料学和机器学习预测材料性能，减少实验成本，提高研发效率。

• 数字孪生技术：创建虚拟材料模型，实现仿真优化，提高制造精准度。

• 自动化实验室：利用机器人和AI提高材料研发效率，加快创新步伐。

• 实时数据分析：利用物联网和传感技术监测材料的性能和寿命，提高质量控制能力。

5.2 可持续性与循环经济（Sustainability & Circular Economy）

为了减少对环境的影响，材料创新需要全面采用可持续发展理念，核心内容包括：

• 绿色材料开发：设计可回收、可降解或生物基材料，减少对不可再生资源的依赖。

• 低碳制造工艺：采用低能耗、低污染的生产方法，减少碳足迹。

• 材料回收与再利用：建立高效的回收系统，提高废旧材料的再利用率。

• 生命周期评估（LCA）：全面评估材料的环境影响，确保其符合可持续发展标准。

5.3 技术转化与制造（Translation & Manufacturing）

从实验室到市场，材料创新的转化速度决定了其产业化的成功率，该主题的关键内容包括：

• 从基础研究到商业化的桥梁：建立试点工厂和技术转化中心，加快材料技术从实验室到市场的应用。

• 制造工艺优化：推广增材制造（3D打印）、精密制造等先进制造技术，提高生产效率。

• 供应链整合：建立高效的材料供应链，确保关键材料的可获得性和安全性。

• 促进中小企业（SME）参与：为初创企业和中小企业提供资金支持和市场准入机制，推动材料技术的商业化。

5.4 技能发展（Skills Development）

材料创新需要高技能人才支持，该主题聚焦于：

• 跨学科人才培养：推动材料科学与计算机、工程、人工智能等学科的融合，培养复合型人才。

• 行业培训与认证：建立材料科学相关的职业培训体系，提高劳动力市场的竞争力。

• 大学与产业合作：推动高校与企业合作，培养符合行业需求的人才。

• 全球人才吸引与保留：通过政策激励和研究基金，吸引国际顶尖人才来英国发展。

5.5 政策、法规与标准（Policy, Regulation & Standards）

政策与法规是推动材料创新的重要支撑，核心内容包括：

• 简化材料审批流程：优化监管体系，加快新材料进入市场的速度。

• 建立行业标准：制定全球领先的材料标准，确保英国材料行业在国际市场的竞争力。

• 促进国际合作：加强与欧盟、美国、日本等国家的政策协调，共享技术标准和监管框架。

• 推动政府采购支持：政府带头采购创新材料，推动新材料的市场应用。

6.1 政策与法规

为了确保材料创新的顺利实施，政府将推出以下政策措施：

• 设立材料创新基金，支持初创企业和学术研究机构。

• 优化监管框架，加快新材料的市场准入速度。

• 加强国际合作，与欧盟、美国、日本等国家共同推动材料技术发展。

• 建设国家材料数据库，整合实验数据，提高材料研发效率。

• 提供税收激励措施，鼓励企业在可持续材料和绿色技术方面投资。

• 加强知识产权保护，确保材料科学创新成果得到有效保护，推动产业化。

6.2 未来十年发展蓝图

未来十年，英国将建立一体化的材料创新生态系统，推动材料科学从基础研究到产业化的全面转型。本战略将通过政府、科研机构、企业的协同合作，推动材料技术突破，并提高英国在全球科技竞争中的地位。

• 短期目标（1-3年）：推动关键技术试点和示范工程，优化监管体系，提高产业链协作效率。

• 中期目标（4-7年）：加速高潜力材料的商业化，促进绿色制造，加强国际合作，构建全球领先的供应链体系。

• 长期目标（8-10年）：确保英国成为全球材料创新中心，在可持续材料、先进制造、新能源和生物医疗等领域保持技术优势。

6.3 国际竞争力与市场前景

全球市场份额增长：通过推动材料科学突破，英国有望在全球材料市场占据更大份额，预计未来十年材料产业市场价值将达到1万亿英镑。

• 推动绿色经济：通过发展低碳材料和循环经济模式，支持英国实现碳中和目标。

• 加强与国际科技巨头合作：推动跨国研究合作，吸引全球顶级科学家和企业参与英国的材料创新项目。

通过这一战略，英国将在未来十年内稳固其在材料科学和先进制造领域的全球领先地位，为经济增长和社会发展提供强大支撑。