新材料深度研究报告：液态金属、超导、稀土、合金材料
报告综述：
新材料按产业阶段划分成先进基础材料、关键战略材料、前沿新材 料三大类别。 先进基础材料主要包括钢铁、有色、石化、建材、轻 工、纺织等基础材料中的高端产品，关键战略材料主要包括高端装 备用特种合金、高性能纤维及其复合材料、新型能源材料、稀土功 能材料、先进半导体材料、新型显示材料等高性能新材料，前沿新 材料包括3D 打印材料、超导材料、智能仿生与超材料、石墨烯等。
液态金属具有高强度、高硬度，极强的耐磨性和耐腐蚀性，非常好 的散热性、电磁屏蔽性以及自驱动性。目前液态金属可用于散热器 和电子增材制造领域，但凭着其优越的性能，液态金属在未来还有 非常广阔的应用空间。
3D 打印用合金粉末可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、 钴铬合金、铝合金、铜合金等。由于3D 打印技术的市场前景十分 广阔，打印用的材料合金粉末也相应拥有了更大的需求空间。目前 我国高端3D 打印用合金粉末也开始从实验室走向了产业化阶段。
超导材料具有零电阻和完全抗磁性的特点，应用领域有输电电缆、 超导发电机、超导磁体、超导限流器等。目前国内超导材料主要从 美国和日本进口，成本昂贵，超导行业发展必将产生对超导材料大 量的需求，因此，超导行业要发展壮大，超导材料必须国产化。
高温合金具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀和热 疲劳性能。主要应用于航空航天领域和能源领域。高温合金作为航 空发动机投入的重点材料，未来增速较为可观。中长期来看，核电、 工业、舰船等领域突破性需求也带来高端合金行业的需求。
稀土按功能划分为稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土储氢材料、稀土 发光材料、稀土超抛光材料五大类。不同种类稀土都有自己独特的 性能和应用领域。我国是稀土资源大国，资源拉动了我国稀土功能 材料的快速发展。
我们认为新材料企业不同于互联网企业拥有未来巨大流量变现的 可能，P/S 的方法并不试用，此外P/B 的方法更适用于强周期的 重资产行业，EV/EBITDA 的估值方法适用于资本密集型企业。考虑 到新材料行业属于成长型行业同时天花板较高，PEG 是一种合理的 方法，但新材料行 业的盈利增速并不稳定，盈利增速的 方差较大， 如果仅凭个别年份 的高增长就给予较高的估值，很可能在下一个年 份就遭遇戴维斯双杀，因此我们认为结合合理P/E 的PEG 方法更适 合 用 于 给新材料板块 进行估值。
报告内容：
1、 国家新材料产业政策梳理
1.1 新材料的基本概念
新材料是指新出现 的具有优异性能和特殊功能的材料 ，或是传统材料改进后性能 明 显 提 高 和 产 生 新 功 能 的 材 料 。新 材 料 产 业 是 材 料 工 业 发 展 的 先 导，是 重 要 的 战 略性、基础性产业，在建设制造强 国、巩固国防军工中占 据重要地位。“一代新 材料造就一代新装备，一代新装备 需要一代新材料”，每 个工业强国的崛起，都 需要雄厚的材料工业作为坚强支柱。
新材料作为基础性和支柱性战略产业，是高新技术的先导。世界各国高度重视， 纷纷出台政策大力扶持产业发展。我国政府更是如此，《中国制造2025》将新材 料确定为十大重点领域之一，并在随后公布的《<中国制造2025>重点领域技术 路线图(2015 版)》中，明确产业需求、目标、重点产品及关键技术，确立新材 料产业发展路线。
进入“十三五”后，为促进新材料 产业发展更上一层楼，相关政策频频加码。从 发布《“十三五”国家战略性新兴 产业发展规划》明确加 快新材料等战略新兴产 业发展，到成立国家新材料产业发 展领导小组;从发布《 新材料产业发展指南》 到为中国制造2025 增添百亿专项基金，不断在政策上为新材料产业提供支持。根据《<中国制造2025>重点领域技术路线图》及《新材料产业发展指南》，新材 料产业总体分为先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料三个重点方向。
1.2 国家发展新材料产业的重要意义
新材料作为国民经 济的先导性产业和高端制造及国防工 业发展等的关键保障，是 各国战略竞争的焦 点。“一代材料、一代产业”，从材料的应用历程可以看出，每 一次生产力的发展都伴随着材料的进步。新材料的发现、发明和应用推广与技术 革命和产业变革密不可分。在全球新一轮科技和产业革命兴起的大背景下，欧美 韩日俄等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新材料有关的产业发展战略，启动 了100 多项专项计划，大力促进本国新材料产业的发展。
我国新材料产业起 步晚、底子薄、总体发展慢，仍处于培育发展阶段。新材料产 业发展的滞后，已成为制约制造强国建设的重要瓶颈。在国民经济需求的百余种 关键材料中，目前约有1/3 国内完全空白，约有一半性能稳定性较差，部分产品 受到国外严密控制。当前，我国正处在经济转型和结构提升的关键期，加快发展 新材料，对推动技术创新，支撑产业升级，建设制造强国具有重要战略意义。
1.3 国家新材料产业政策
1.3.1 国家新材料产业政策脉络
1.3.2 重点新材料相关政策文件摘要
(1)《中国制造2025》
《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。
新 材 料 是 十 个 重 点 建 设 领 域 之 一 。以 特 种 金 属 功 能 材 料 、高 性 能 结 构 材 料 、功 能 性高分子材料、特种无机非金属材料和先进复合材料为发展重点，加快研发先进 熔炼、凝固成型、气相沉积、型材加工、高效合成等新材料制备关键技术和装备， 加强基础研究和体系建设，突破产业化制备瓶颈。积极发展军民共用特种新材料， 加快技术双向转移转化，促进新材料产业军民融合发展。高度关注颠覆性新材料 对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿 材料提前布局和研制。加快基础材料升级换代。
(2)《有色金属工业发展规划(2016-2020 年)》
以加强供给侧结构性改革和扩大市场需求为主线，以质量和效益为核心，以技术 创新为驱动力，以高端材料、绿色发展、两化融合、资源保障、国际合作等为重 点，加快产业转型升级，拓展行业发展新空间，到2020 年底我国有色金属工业 迈入世界强国行列。
(3)《稀土行业发展规划(2016-2020 年)》
以创新驱动为导向，持续推进供给侧结构性改革，加强稀土战略资源保护，规范 稀土资源开采生产秩序，有效化解冶炼分离和低端应用过剩产能，提升智能制造 水平，扩大稀土高端应用，提高行业发展质量和效益，充分发挥稀土战略价值和 支撑作用。
(4)《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》
提高新 材料基础支撑能力 。顺应新材料高性能化、多功能化、绿色化发展趋势， 推动特色资源新材料可持续发展，加强前沿材料布局，以战略性新兴产业和重大 工程建设需求为导向，优化新材料产业化及应用环境，加强新材料标准体系建设， 提高新材料应用水平，推进新材料融入高端制造供应链。到2020 年，力争使若 干新材料品种进入全球供应链，重大关键材料自给率达到70%以上，初步实现我 国从材料大国向材料强国的战略性转变。
推动新材料产业提 质增效。面向航空航天、轨道交通、电力电子、新能源汽车等 产业发展需求，扩大高强轻合金、高性能纤维、特种合金、先进无机非金属材料、 高品质特殊钢、新型显示材料、动力电池材料、绿色印刷材料等规模化应用范围，逐步进入全球高端制造业采购体系。
以 应 用 为 牵 引 构 建 新 材 料 标 准 体 系 。围 绕 新 一 代 信 息 技 术 、高 端 装 备 制 造 、节 能 环保等产业需求，加强新材料产品标准与下游行业设计规范的衔接配套，加快制 定重点新材料标准，推动修订老旧标准，强化现有标准推广应用，加强前沿新材 料标准预先研究，提前布局一批核心标准。加快新材料标准体系国际化进程，推 动国内标准向国际标准转化。
促进特色资源新材 料可持续发展。推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨等特色资源 高质化利用，加强专用工艺和技术研发，推进共伴生矿资源平衡利用，支持建立 专业化的特色资源新材料回收利用基地、矿物功能材料制造基地。在特色资源新 材料开采、冶炼分离、深加工各环节，推广应用智能化、绿色化生产设备与工艺。发展海洋生物来源的医学组织工程材料、生物环境材料等新材料。
前 瞻 布 局 前 沿 新 材 料 研 发 。突 破 石 墨 烯 产 业 化 应 用 技 术 ，拓 展 纳 米 材 料 在 光 电 子 、 新能源、生物医药等领域应用范围，开发智能材料、仿生材料、超材料、低成本 增材制造材料和新型超导材料，加大空天、深海、深地等极端环境所需材料研发 力度，形成一批具有广泛带动性的创新成果。
(5)《新材料产业发展指南》
《指南》提出，“十三五”要深入 推进供给侧结构性改革 ，坚持需求牵引和战略 导向，推进材料先行、产用结合，以满足传统产业转型升级、战略性新兴产业发 展和重大技术装备急需为主攻方向，着力构建以企业为主体、以高校和科研机构 为支撑、军民深度融合、产学研用协同促进的新材料产业体系，着力突破一批新 材料品种、关键工艺技术与专用装备，不断提升新材料产业国际竞争力。《指南》 从突破重点应用领域急需的新材料、布局一批前沿新材料、强化新材料产业协同 创新体系建设、加快重点新材料初 期市场培育、突破关键 工艺与专用装备制约、 完善新材料产业标准体系、实施“ 互联网+”新材料行动 、培育优势企业与人才 团队、促进新材料产业特色集聚发 展等九个方面提出了重 点任务。《指南》作为“十三五”时期指导新材料产业发展的专项指南，将引导新材料产业健康有序发 展。
(6)《“十三五”材料领域科技创新专项规划》
依据国际发展趋势、国内基础和面临的挑战，紧密结合经济社会发展和国防建设的重大需求，重 点 凝 练七个任务 方向。
一是重点基础材料技术提升与产业升级，着力解决基础材料产品同质化、低值化， 环境负荷重、能源效率低、资源瓶颈制约等重大共性问题，突破基础材料的设计 开发、制造流程、工艺优化及智能化绿色化改造等关键技术和国产化装备，开展 先进生产示范。
二是战略性先进电子材料，以第三代半导体材料与半导体照明、新型显示为核心， 以大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子材料为重点，推动跨界技术整合， 抢占先进电子材料技术的制高点。
三是材料基因工程关键技术与支撑平台，构建高通量计算、高通量实验和专用数 据库三大平台，研发多层次跨尺度 设计、高通量制备、高 通量表征与服役评价、 材料大数据四大关键技术，实现新材料研发周期缩短一半、研发成本降低一半的 目标。
四是纳米材料与器件，研发新型纳米功能材料、纳米光电器件及集成系统、纳米 生物医用材料、纳米药物、纳米能源材料与器件、纳米环境材料、纳米安全与检 测技术等，突破纳米材料宏量制备及器件加工的关键技术与标准，加强示范应用。
五是先进结构与复合材料，以高性能纤维及复合材料、高温合金为核心，以轻质 高强材料、金属基和陶瓷基复合材料、材料表面工程、3D 打印材料为重点，解 决材料设计与结构调控的重大科学问题，突破结构与复合材料制备及应用的关键 共性技术，提升先进结构材料的保障能力和国际竞争力。
六是新型功能与智能材料，以稀土功能材料、先进能源材料、高性能膜材料、功 能陶瓷等战略新材料为重点，大力提升功能材料在重大工程中的保障能力;以超导材料、智能/仿生/超材料、极端环境材料等前沿新材料为突破口，抢占材料前 沿制高点。
七是材料人才队伍建设，通过机制与制度创新，加强材料领域人才队伍建设，形 成材料领域核心领军人才、研究开发人才、工程技术人才和技能人才组成的材料 人才体系及其评价机制，提升创新创业人才队伍的整体素质和水平，满足材料领 域发展的需求。
(7)《新材料标准领航行动计划(2018-2020 年)》
计划的目标为:到2020 年，完成制修订600 项新材料标准，构建完善新材料产 业标准体系，重点制定100 项“领航”标准，规范和引领新材料产业健康发展; 新材料标供给结构得到优化，基于自主创新技术制定的团体标准、企业标准显著 增多;建立3-5 个新材料领域国家技术标准创新基地，形成科研、标准、产业 同步推进的新机制新模式;建设一批新材料产业标准化试点示范企业和园区，促 进新材料标准有效实施和广泛应用;提出30 项新材料国际标准提案，助力新材 料品种进入全球高端供应链。
1.3.3 不同地区新材料产业政策布局解读：略
……
1.3.4 国家新材料总体政策 导向小结
通过梳理和分析国家新材料产业相关的政策脉络及相关核心文件精神，我们可以 看出，国家发展新材料产业的核心目标是:提升新材料的基础支撑能力，实现我 国从材料大国到材料强国的转变。
具体而言，我国发展新材料产业有四个方面的核心任务要求:一是聚焦国家重大 战略亟需和产业发展瓶颈，提升关键战略材料的保障能力;二是推动生产过程的 智能化和绿色化改造，提高先进基础材料国际竞争力;三是加快布局前沿新材料， 抢占全球新材料产业未来发展的制高点;四是推动稀土、钨钼、钒钛、锂、石墨 等特色资源新材料可持续发展。其中，前三个任务要求是围绕关键战略材料、先 进基础材料和前沿新材料三大方向展开，第四个核心任务要求则是结合我国在新 材料领域的特色资源优势，提出的有针对性的发展要求。
2、 新材料的分类与概况
随着科学技术的发 展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开 发出新材料。新材料按产业阶段划分成先进基础材料、关键战略材料、前沿新材 料三大类别。
新材料作为国民经 济先导产业和高端制造及国防工业的 重要保障，未来将成为各 国战略竞争的焦点。当前在新一轮科技革命和产业变革大势下，全球新材料产业 格局发生重大调整。新材料与信息 、能源、生物等高技术 加速融合，互联网+、 材料基因组计划、增材制造等新技术新模式蓬勃兴起，新材料创新步伐持续加快， 国际竞争日趋激烈。
在此大背景下，欧美日俄韩等全球20 多个主要国家纷纷制定了与新材料相关的 产业发展战略，启动了100 多项专项计划，大力促进本国新材料产业发展。相对 而言，我国新材料产业起步晚、底子薄，材料先行战略没有得到落实，核心技术 与专用装备水平相对落后，关键材料保障能力不足，整体仍处于培育发展阶 段 。
2.1 先进基础材料
(一)先进钢铁材料:钢铁是铁与碳、硅 、锰、磷、硫以及少量的其他元素所组 成的合金。其中铁外，碳的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳 合金。它是工程技术中最重要、也是最主要的，用量最大的金属材料。先进钢铁 材料的含义是在环境性、经济性、资源性的约束下，采用先进制造技术生产具有 高洁净度、高均匀度、超细晶粒特征的钢材，强度和韧度比传统钢材有很大提高， 钢材使用寿命增加满足21 世纪国家经济和社会发展的需要。
(二)先进有色金属材料:有色金 属狭义的有色金属又称 非铁金属，是铁、锰、 铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色金属材料是经 济社会发展的基础性材料，是国防军工和新科技革命的战略性材料，人类社会对 有色金属的需求有着很大空间。有色金属工业是制造业的重要基础产业之一，是 实现制造强国的重要支撑。
进入新世纪以来，我国有色金属工业发展迅速，基本满足了经济社会发展和国防 科技工业建设的需要。但与世界强 国相比，在技术创新、 产业结构、质量效益、 绿色发展、资源保障等方面仍有一 定差距。坚持绿色发展 理念。严格准入条件， 优化产业布局，严格控制资源、能源、环境容量不具备条件地区的冶炼产能。大 力推广安全高效、能耗物耗低、环保达标、资源综合利用效果好的先进生产工艺， 强化从源头防控金属污染。由高耗能向绿色、低碳转变。
(三)先进化工材料:化工新材料是新材料产业的一个重要分支，是基础化学工 业最具活力和发展潜力的领域。发 展化工新材料产业在突 破国内资源“瓶颈”， 环境保护、调整产业结构，保持石油和化学工业平稳、较快和可持续发展方面“大 有可为”。
坚持以安全环保、集约发展为重点，升级和调整传统化工，加快培育化工新材料 及其基础原料，巩固发展高性能聚烯烃、高端工程塑料、特种合成橡胶等先进高 分子材料;提高化工新材料整体自 给率，加快精细化工的 绿色工艺和产品开发， 重点突破高端表面活性剂、微电子行业的各类化学用剂等特种功能化学品。
(四)先进无机非金属材料:无机 非金属材料是以某些元 素的氧化物、碳化物、 氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成 的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料的提法是20 世纪40 年代以后，随着现代科学技术的发展从传统 的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列 的三大材料之一。新型无机非金属材料是20 世纪中期以后发展起来的,具有特殊 性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防 和生物医学所不可缺少的物质基础。
(五)其他材料:
(1)稀有金属:稀有金属涂层材料、高纯铟。
(2)高性能靶材:积极发展高纯 稀有金属及靶材、原子 能级锆材、高端钨钼材 料及制品等，加快推进高纯硅材料、新型半导体材料、磁敏材料、高性能膜材料 等产业化。
(3)其他:包括钛合金加工用超 细硬质合金高端棒材、 新型硬质合金材料、反 应堆中子吸收体材料、热缩型耐温耐磨材料、高性能极细径纳米晶微钻棒材、核 电燃料元件用镍基合金材料、高纯氧化铝生产用固体铝酸钠。
2.2 关键战略材料
(一)高性能纤维及复合材料:高性能纤维是国家战略性新兴产业的重要组成部 分，是发展国防军工重要的基础原材料。《中国制造 2025》明确提出，新材料产 业是需要突破发展的十大重点领域之一。工信部发布的《重点新材料首批次应用 示范指导目录(2017 版)》中，也将碳纤维、玄武岩纤维、连续碳化硅纤维列为“关键战略材料”。
我国高性能纤维复合材料行业面临一个新的大发展时期，如城市化进程中大规模 的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发 展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下，高性能纤维 复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。
(二)稀土功能材料:推动国产高端产品在先进装备制造、新能源汽车、节能环 保、高性能医疗设备等领域的应用。发展重点:扩大高性能粘结稀土永磁材料产 量，提高烧结型稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土发光材料和稀土激光材料性 能。重点发展工业脱硝、机动车尾气净化等用稀土催化材料，多领域用高性能稀 土永磁材料、高光效稀土发光材料和高功率、大尺寸掺钕激光玻璃、特种光纤激 光器等产品。
(三)先进半导体材料和新型显示材料:先进半导体材料的发展目标是形成第三 代半导体材料构建衬底、外延、器件及应用的完整产业链，着力开发衬底及外延、 芯片及封装、系统集成及可靠性评价等关键技术，大力推进功率器件、射频器件 与光电器件产业化，推动4G 通信及下一代互联网技术发展。
新型显示材料的发展目标是实现产 能利用率保持合理水平 ，产品结构不断优化， 行业资源环境效率显著提高。发展重点:印刷显示方面，重点发展小分子OLED 和高分子OLED;柔性显示方面，重点发展关键发光材料，注入层、传输层等有 机物。全面掌握有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)技术 ，在全息、激光、柔性 等显示技术以及新型显示材料领域取得部分技术突破。
(四)新型能源材料:新能源是降低碳排放、优化能源结构、实现可持续发展的 重要途径，新能源材料是引导和支撑新能源发展的重要基础，对新能源的发展发 挥了重要作用。一些新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生，一些新能源材 料的应用提高了系能源系统的效率，新能源材料的使用也直接影响着新能源系统 的投资与运行成本。新能源材料主 要包括硅碳负极材料、 新能源复合金属材料、 锂离子电池电解液、锂离子电池电解液等。
2.3 前沿新材料
(一)石墨烯:石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的 二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加 工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来 革命性的材料。石墨烯的具体应用 分类为:石墨烯改性防 腐涂料、石墨烯薄膜、 石墨烯润滑油、石墨烯导静电轮胎、石墨烯增强银基电接触功能复合材料、石墨 烯导电发热纤维及石墨烯发热织物。
(二)液态金属及其电子浆料:液态金属是在常温下呈液态的一大类多金属合金 材料，拥有极佳的流动性和物化稳定性，易于成型，是超越铜、银、铝等传统材 料的颠覆性新材料，是人类开发利用金属材料的第二次革命。液态金属具有许多 独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性 、高的强度、硬度和韧性等。由于 它的性能优异、工艺简单，从80 年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重 点。
(三)3D 打印用合金粉末:用于3D 打印的材料，3D 打印金属材料可以分为铁 基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金等。
(四)超导材料:超导材料具有零电阻、抗磁性以及宏观量子效应等特殊物理性 质，应用领域非常广泛。在电工学领域，超导材料的主要应用领域包括超导电缆、 超导限流器、超导磁悬浮、医疗核磁共振成像、超导储能以及超导电机等。目前 各国研究人员研发和生产的重点是YBCO 超导材料(也可称为第二代高温超导材 料)，并认为其是未来超导材料发展的主要方向。
3、 重点材料解读
3.1 石墨烯
是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨 烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学 、微纳加工、能源、生物医学和 药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
3.1.1 石墨烯的特点与性质
(1)导电性
石墨烯稳定的晶格 结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移 动时，不会因晶格缺陷或引入外来 原子而发生散射。由于 原子间作用力十分强， 在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
(2)热性能
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最 高的碳材料，高于单 壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，导热系数也可达600W/mK。此 外，石墨烯的弹道热导率可以使单位圆周和长度的碳纳米管的弹道热导率的下限 下移。
(3)光学特性
石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去 几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改 变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极 双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV 间调整。施加 磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。
(4)饱和吸收
当输入的光波强度 超过阈值时，这独特的吸收 性质会开始变得饱和。这种非线性 光学行为称为可饱和吸收，阈值称为饱和流畅性。给予强烈的可见光或近红外线 激发，因为石墨烯的整体光波吸收和零能隙性质，石墨烯很容易就变得饱和。石 墨烯可以用于光纤激光器的锁模运作。用石墨烯制备成的可饱和吸收器能够达成 全频带锁模。由于这特殊性质，在超快光子学里，石墨烯有很广泛的应用空 间 。
(5)自旋传输
科学家认为石墨烯会是理想的自旋电子学材料，因为其自旋-轨道作用很小，而 且碳元素几乎没有核磁矩。使用非局域磁阻效应，可以测量出，在室温状况，自 旋注入于石墨烯薄膜的可靠性很高，并且观测到自旋相干长度超过1 微米。使用 电闸，可以控制自旋电流的极性。
(6)电子的相互作用
石墨烯中电子间以 及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈 的相互作用。科学家借助 了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源(ALS)”电子同步加速器。这个加 速器产生的光辐射亮度相当于医学上X 射线强度的1 亿倍。科学家利用这一强光 源观测发现，石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电 子之间也有很强的相互作用。
3.1.2 石墨烯的优点
(1)强度非常高
石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性 的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成 的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯， 再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。
(2) 如橡胶般具有延展性
石墨烯具有一定的延展性，能够伸展20%。也就是说，石墨烯实际上是一种柔性 材质，与橡胶类似。三星公司一直 在研究石墨烯晶体管， 从而生产出柔性屏幕。另外，石墨烯也有一定的耐水性，有望应用在新一代的防水设备上。
(3)轻特性
石墨烯出色的延展性，还能够让其十分轻，足够拉伸到到透明的程度。这就意味 着，如果手机厂商可以使用这种材质，不仅能够让手机更耐用、防水，还可以变 得更轻。
(4)非常长的电池寿命
石墨烯极有可能在未来取代锂电池，成为新一代的电池标准。美国西北大学的研 究人员已经成功研发出石墨烯和硅材质的电池，充电15 分钟可以实现约一周的 续航能力。
(5)与人类的身体互联
石墨烯具有与生物互联的特点，这对健康检测类可穿戴设备具有非常积极的影响。使用石墨烯作为传感器，将可以监测和扫描人类的神经系统，未来有可能会出现“精神健康”类的监测设备及应用。
3.1.3 石墨烯的应用领域
(1)传感器
石墨烯独特的二维结构使它对周围的环境非常敏感，具有表面吸附性、巨大的表 面积等特性，可以制做电化学传感器、气体传感器、生物传感器等。与传统的传 感器相比具有体积小，表面积大，灵敏度高，响应速度快，石墨烯在传感器领域 应用具有广阔的前景。
石墨烯因其独特的二维结构在传感 器中有广泛的应用，具 有体积小、表面积大、 灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能 提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA 电化学传感器 的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000 倍的石墨烯光 传感器;美国伦斯勒理工学院研制 出性能远超现有商用气 体传感器的廉价石墨烯 海绵传感器。
(2)新能源电池
新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域。美国麻省理工学院已石墨烯基 超级电容 器结构与 不同电 压下的 石墨烯 理论能 量密度石 墨烯基 超级电 容器结构 与不同电 压下的石 墨烯理 论能量 密度成 功研制 出表面附 有石墨 烯纳米 涂层的柔 性光伏电池板，可极大降低制造透明可变形太阳能电池的成本，这种电池有可能 在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，石墨烯超级电池的成功研发，也 解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，极大加速了新能源电 池产业的发展。这一系列的研究成果为石墨烯在新能源电池行业的应用铺就了道 路。
石墨烯在锂离子电池中的应用比较多元化，目前已经实现商业化的是用在正极材 料中作为导电添加剂，来改善电极 材料的导电性能，提高 倍率性能和循环寿命。目前比较成熟的应用是将石墨烯制成导电浆料用于包覆磷酸铁铿等正级材料。正 极用包覆浆料目前主要包括石墨浆料、碳纳米管浆料等，随着石墨烯粉体、石墨 烯微片粉体量产、成本持续降低的 情况下，石墨烯浆料将 呈现更好的包覆性能。石墨烯浆料将随锂电池增长而稳步上升。锂离子电池主要应用于手机、笔记本电 脑、摄像机等便携式电子器件等方面，并积极地向电动力汽车等新能源汽车领域 扩展，具有长期发展前景。
(3)晶体管
石墨烯可以用来制作晶体管，由于石墨烯结构的高度稳定性，这种晶体管在接近 单个原子 的尺度上 依然能 稳定地 工作。相比之 下，目前 以硅为 材料的 晶体管在10 纳米左右的尺度上就会失去稳定性。石墨烯结构的高度稳定性可以用来制作 晶体管，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。电子在石墨烯 中的传输速度比硅快100 倍，使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率， 石墨烯晶体管的工作频率可超过100GHz。
(4)柔性显示屏
消费电子展上可弯曲屏幕备受瞩目，成为未来移动设备显示屏的发展趋势。柔性 显示未来市场广阔，作为基础材料的石墨烯前景也被看好。韩国研究人员首次制 造出了由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的柔性透明显示屏。韩国三星公 司和成均馆大学的研究人员在一个63 厘米宽的柔性透明玻璃纤维聚酯板上，制 造出了一块电视机大小的纯石墨烯。他们表示，这是迄今为止“块头”最大的石 墨烯块。随后，他们用该石墨烯块制造出了一块柔性触摸屏。研究人员表示，从 理论上来讲，人们可以卷起智能手机，然后像铅笔一样将其别在耳后。石墨烯是 一种非常好的材料，它有很多很好的优点，比如说，它的透光率比传统材料的透 光率更高，所以石墨烯显示屏的显示更加清晰，另外，石墨烯的电阻率比传统材 料电阻率更低，所以石墨烯显示屏触控起来更加灵敏。
(5)防腐涂料
石墨烯作为关键材料在涂层中能起到物理隔绝作用，阻碍海水、腐蚀性离子等向 金属基材渗透，形成大面积保护层，与树脂紧密结合在很大程度上提高涂层的机 械性能，其特殊的物理结构与表面特性可以大大提升涂料的防腐性能。石墨烯作 为一种纳米结构的二维不透膜，通过“迷宫式”的物理屏障作用能够有效地在环 境介质和基体之间架起屏障，从而延缓了金属基体的腐蚀，极大地提高了金属的 耐腐蚀能力，显示了石墨烯复合防腐涂料在腐蚀防护领域的广阔前景。另外，经 导电高分子改性的石墨烯，可以有效避免石墨烯因长期浸泡发生电化学反应而加 速金属腐蚀的现象。
3.1.4 石 墨 烯 的市场空间
石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电 极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器 、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨 烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理 、生物、环境、能 源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不 同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优 化和改进，降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用，并逐步 走向产业化。
石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件，为了探寻石墨烯更广阔的应用领 域，还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺，使其得到更好的应用。石墨烯虽 然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间，但是已成为今年学者研究的 热点。其优异的光学、电学、力学 、热学性质促使研究人 员不断对其深入研究， 随着石墨烯的制备方法不断被开发，石墨烯必将在不久的将来被更广泛的应用到 各领域中。
3.1.5 石墨烯的产业阶段
处于产业初创期 ，具有重大产业化前景 。石墨烯产业化还处于初创期，一些应用 还不足以体现出石墨烯的多种“理想”性能，而世界上很多科研人员正在探索“杀 手锏级”的应用，未来在检测及认证方面需要面对太多挑战，有待在手段及方法 上不断创新。虽然石墨烯的理论性能优异，功能应用范围很广。但是目前石墨烯 产业要实现或接近其理论应用，还有非常大的距离。
3.1.6 石墨烯的主要上市企业情况
以石墨烯的生产和销售为主营业务的上市企业有四家，分别为第六元素、二维碳 素、凯纳股份、华高墨稀。
3.1.7 石墨烯的发展制约因素
(1)国内石墨烯企业还未找到盈利模式
从企业盈利情况来看，目前国内石墨烯生产企业的总体盈利能力很弱。一些宣 称具备百吨年产能的生产企业， 企业产值和盈利能力远远没有预期的高，多数 企业处于亏损状态。从2017 上半年的营收情况来看，4 家企业规模均不大。营 业收入最多的第六元素也仅有1175 余万元，最小的华高墨烯2017 上半年营业收 入仅有44 余万元。由于主营的石墨烯产品均未实现规模化生产和销售，4 家公 司业绩全部处于亏损状态。
(2) 上下游结合待突破，石墨烯时代还未到来
目前，石墨烯产业最大的瓶颈在于没有形成完整的、成熟的产业链上下游，石墨 烯研发制备企业和下游应用企业脱节。目前石墨烯仍处于产业化初期，善未完全 实现石墨烯的规模化应用，对石墨烯产品最大的需求市场仍然是科研院校和少量 生产厂商。由于下游应用需求未起，大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商 业模式和盈利模式。
(3) 高端应用技术有待突破
石墨烯最具前景、高附加值的应用领域主要集中在电子信息、动力电池、医疗健 康等新兴产业，但上述领域应用多处于技术攻关和储备期，离产业化仍有较长距 离。在集成电路、光电器件、传感 器、信息存储等领域的 石墨烯应用研究偏弱， 技术储备、基础配套不足，取得产业突破尚需时日。
(4) 传统产业应用效果不突出
目前石墨烯应用主要是以“添加剂”形式对涂料、改性纤维、热管理器件等传统 产品的性能进行改进，而现阶段石墨烯对这些传统材料的性能并没有“质”的提 升，如“石墨烯”涂料防腐性能以及润滑剂的润滑效果没有大数量级的提高。石 墨烯在强度、光学、电学等方面的超优异性能并未在产品中体现，“杀手锏”级、 颠覆性的石墨烯应用技术和产品尚未出现。
(5) 标准缺失导致概念混淆
目前国家层面石墨烯材料标准尚未出台，部份企业与地方政府将石墨与石墨烯的 概念混为一谈，学术界与企业界对石墨烯层数的标准判定也存在争议。如一些企 业宣称实现石墨烯量产，但多是晶格缺陷高、多层堆叠的类石墨烯产品，井非真 正单层石墨烯;一些企业将"类石 墨烯”产品甚至是纯石 墨产品宣传为石墨烯产 品，混淆市场。
3.2 液态金属
液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成 的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。
3.2.1 液态金属的特点与性质
(1)高强度、高硬度。液态金属的强度是铝、镁合金的10 倍以上，不锈钢、钛 合金的1.5 倍以上。在轻合金中，液态金属的比强度也是最高的。
(2)极强的耐磨性和耐腐蚀性。
(3)液态金属在散热性、电磁屏 蔽性方面均在轻合金中 出类拔萃，而且在加热 条件下不易变形、不易导热。
(4)自驱动性。液态金属可在吞 食少量物质后以可变成 机器形态，进行长时间 高速运动，实现了无需外部电力的自主运动。
3.2.2 液态金属的优点
(1)精度
液态金属工艺，最终成型的产品在尺寸精度和可重复性上是可以和机加工工艺相 媲美，没有附加的成本和废弃材料。LM105 的液态金属合金模具成型工艺，其缩 水率非常小，仅有0.4%。
(2)抗腐蚀性
独特的LM105 液态金属合金对比其他材料，如316 不锈钢这种通常被认为可以广 泛应用于腐蚀环境中的材料，具有惊人的抗腐蚀性。液态金属合金的这种优越的 抗腐蚀性在工业应用中更加有利。潜在应用包括:汽车装饰件和在苛刻条件下应 用的产品:防护产品、牙科领域产品、工业设备、食品加工设备组件、航海领域 产品、医疗设备、户外运动设备组件等等。
(3)表面处理
液态金属材料可以将粗糙度做到0.05Ra μm 以下，这是相当优异的性能。对其 他任何工艺来说，如果不做例如超精加工、研磨或抛光等二次加工，都如法达到 这种效果。在一些应用领域，反光性能是非常重要的，液态金属合金的产品表面 光洁度可以达到高光反射效果。不仅如此，液态金属合金还可以进行抛光，其独 特的抛光效果取决于它的非晶组织。液态金属合金没有其他金属一样的晶体结构， 同样材料内部也没有类似晶界的组织，不会影响产品的反射性能。使用液态金属 合金，表面光洁度的要求不需要牺牲其他的性能。
(4)弹性、强度及硬度
LM105 液态金属合金与其他不同工艺的材料进行对比，其性能均优于其他合金。LM105 液态金属合金的另一个独特优势是具有高弹性(弹性形变1.8%)。这个特 性可以应用于其他金属不能满足的特定领域，包括:要求在压力下弯曲，且不能屈服变形的医疗设备;可以反复弯曲，且不能出现塑性变形或者硬化的压力传感 器;每当压缩到固定尺寸都能达到一个特定的力的精密弹簧。
(5)磁性
液态金属合金被分类为无磁性材料，表现为顺磁性。液态金属合金不能加磁，与 其他磁性物体接触也不会保留任何磁性。电磁开关的外壳，核磁共振设备的组件， 或者高射频功率的应用领域，使用液态金属的这个特性会更合适。
3.2.3 液态金属的应用领域
(1)散热器
液态金属散热技术一种合金介质技术，真正称之为的液态金属散热技术，应该是 安全的合金介质组成。基于低熔点金属独特的热物理性质，液态金属不仅可在高 性能服务器、台式机、工控机、笔记本电脑以及通讯基站的芯片热管理中获得广 泛应用，而且还将在诸多关键领域扮演不可或缺的角色，如:先进能源领域(工 业余热利用、太阳能热发电、聚焦光电池冷却、燃料电池等)、航空热控领域(卫 星、热防护)、光电器件领域(如投影仪、功率电子设备等)、LED 照明领域以及 近年来发展迅速的微/纳电子机械 系统、生物芯片以及电 动汽车等，产业应用价 值巨大。
(2)电子增材制造
液态金属 电子增材 制造技 术应用 及产业 化项目 团队在国 内外首 创了液 态金属电 子增材制造技术，通过液态金属电 子墨水直接快速制造出 柔性可拉伸电子电路， 且个性化程度高，可实时定制。作为先进制造领域的一种从材料体系到制造系统 全过程的全新变革性技术，该技术高度贴合了当前及今后个性化、柔性化电子快 速制造及功能器件直接3D 打印的需求。
3.2.4 液态金属的市场空间
(1)电子电路打印
液态金属做“墨水”，直接生成电 子电路，助推定制化电 路生产模式。用液态金 属电子电路打印机，10 分钟就能把电脑中的电路图清晰打印出来，插上电源还 能显示电路走向。其突破了传统打印电路需在平面进行的空间限制，可以在任意 弧度、曲向面上以及柔性材质上打印电路。液态金属打印可应用于电子逻辑单元 构筑、软体机器人组装、智能家居、智能服饰、生物医学等诸多领域。
(2)修复断裂神经
液态金属“搭桥”，建立信号通道 ，人体神经功能快速重 建成为可能。因为神经 功能主要是通过电信号的传输和响应来实现的，基于这一考虑，首次提出了具有 突破性意义的液态金属神经连接与修复技术，旨在迅速建立切断神经之间的信号通路及生长空间，从而提高神经再生效率并降低肌肉功能丧失的风险。
(3)柔性机器人
自驱动可变形、能跑、会跳的液态金属，为研发柔性机器人提供了思路。柔性机 器、可变形机器在材料学和机器学中是一个非常重要的领域，而柔性正是液态金 属特有的行为。另一个有意思的地方是“液态金属机器”在运动中遇到拐弯时会 有停顿，好似略作思索后继续行进;在遇到比“身体”小一点的缝隙时，甚至会“挤过去”。因此自驱动、柔性、可变性是这项技术的三大特点。
(4)新一代计算机
液态金属构建计算逻辑单元，有望发展出灵活、智能、可控的计算系统。传统计 算机以顺序执行指令的方式运行，液态金属构建的计算机，由于能通过多种方式 同时进行编程，一次可同时执行多个指令，具有高度并行性的特点，因此运算速 度上可能更快。液态金属也具有更好的散热性能，发热量更小。此外，液态金属 还兼具流体的柔性、可任意变形的特征，能够制作柔性的液体电子乃至半导体单 元。
3.2.5 液态金属的产业阶段
处于产业初创期 ，具有重大产业化前景 。液态金属是一种高新技术材料，具有卓 越的物理、化学和力学性能，是电力、电子、计算机、通讯等高新技术领域的关 键材料，市场需求大，产业化前景非常广阔，而且它的发展和应用可带动一批相 关领域的技术进步和协同发展。在电子技术中，液态金属以其高效、低损耗、高 导磁等优异的物理性能有力促进了电子元器件向高频、高效、节 能、小型化方 向的发展，并可部分替代传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。可以预测，在 未来的电子技术中液态金属将占据十分重要的位置。
3.2.6 液态金属的主要上市 企业情况：略
3.2.7 液态金属的发展制约 因素
(1)应用研发不足，产业化进程缓慢; (2)扶持政策缺乏，规模化效应不明显; (3)产业体系不完善，发展后劲不足。3.3 3D 打印用合金粉末
3.3.1 3D 打印用合金粉末分类及其特点与应用
为了满足3D 打印的工艺需求，金属粉末必须满足一定的要求。粉末的流动性是 粉末的重要特性之一，若流动性太 差会造成打印精度降低 甚至打印失败。此外， 为了获得更致密的零件，一般希望粉体的松装密度越高越好，采用级配粉末比采 用单一粒径分布的粉末更容易获得高的松装密度。
按照材料种类划分，3D 打印金属材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基 合金、钴铬合金、铝合金、铜合金等。
(1)铁基合金
铁基合金是3D 打印金属材料中研究较早、较深入的一类合金，较常用的铁基合 金有工具钢、316L 不锈钢、M2 高速钢、H13 模具钢和15-5PH 马氏体时效钢等。铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好，同时具有良好的机械加工性，特别适 合于模具制造。3D 打印随形水道模具是铁基合金的一大应用，传统工艺异形水 道难以加工，而3D 打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状基本一致， 能提升温度场的均匀性，有效降低产品缺陷并提高模具寿命。
(2)钛及钛合金
钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等特点，成 为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想材料。然而钛合金属 于典型的难加工材料，加工时应力大、温度高，刀具磨损严重，限制了钛合金的 广泛应用。而3D 打印技术特别适合钛钛合金的制造，一是3D 打印时处于保护 气氛环境中，钛不易与氧、氮等元素发生反应，微区局部的快速加热冷却也限制 了合金元素的挥发;二是无需切削加工便能制造复杂的形状，且基于粉材或丝材 材料利用率高，不会造成原材料的浪费，大大降低了制造成本。目前3D 打印钛 及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14V(TC4)和Ti6A17Nb，可广泛应用于航空航天零 件及人工植入体(如骨骼，牙齿等)。
(3)镍基合金
镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金，其在650~1000°C 高温下有 较高的强度和一定的抗氧化腐蚀能力，广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能 源等领域。例如，镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘。常用 的3D 打印镍基合金牌号有Inconel 625、Inconel718 及Inconel 939 等。
(4)钴基合金
钴基合金也可作为高温合金使用，但因资源缺乏，发展受限。由于钴基合金具有 比钛合金更良好的生物相容性，目前多作为医用材料使用，用于牙科植入体和骨 科植入体的制造。目前常用的3D 打印钴基合金牌号有Co212、Co452、Co502 和CoCr28Mo6 等。
(5)铝合金
铝合金密度低，耐腐蚀性能好，抗疲劳性能较高，且具有较高的比强度、比刚度， 是一类理想的轻量化材料。3D 打印中使用的铝合金为铸造铝合金，常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。韩国通信卫星Koreasat-5A 及Koreasat-7 使用了SLM 制造的AlSi7Mg 轻量化部件(图4)，不仅由原来的多个零件合成一个 整体制造，零件重量比原设计降低22%，制造成本降低30%，生产周期缩短1—2 个月。
(6)铜合金
铜合金的导热性能良好，可以制造模具的镶块或火箭发动机燃烧室。NASA 采用3D 打印技术制造了由GRCop-84 铜合金内壁和镍合金外壁构成的燃烧室[52]，内 壁采用SLM 工艺制造，再以电子束熔丝沉积完成外壁的制造。该燃烧室经过全功 率点火测试后，仍然保持良好的形状，证明了3D 打印工艺在节约大量时间和工 艺成本的基础上，取得了与传统工艺同样的效果。
3.3.2 3D 打印用合金粉末的市场空间
从产业链来看，3D 打印主要包括打印设备、打印材料和服务三大类，市场份额 占比分别为39%、37%和24%。相比国外，我国3D 打印行业市场规模较小、产业 链发展滞后，多数企业产能主要集中在3D 打印机设备生产环节，而打印原材料、 图像处理以及下游市场应用环节较薄弱。目前，我国高端3D 打印原材料仍然依 赖进口，未来具有较大的进口替代空间。
3D 打印机可分为消费级和工业级。其中，消费级3D 打印机主要面对消费型、娱 乐型以及对产品精度要求不高的产品;而工业级3D 打印机主要面对质量精度要 求较高的航空航天、医疗器械、汽车、模具开发等下游市场。数据显示，近年来 全球3D 打印下游行业应用中，汽车行业应用规模占比较大，达到30%左右;其 次是消费品行业，占比达20%。
3.3.3 3D 打印用合金粉末的产业阶段
处于产业初创期，具有重大产业化前景。3D 打印用合金粉末的制造由实验室研 究走向产业化生产攻关。逐步将实验室研究成果落地产业化，尽早摆脱我国在高 端球形钛合金粉末领域受制于国外的被动局面。
3D 打印用金属粉末材料包括钛合金、铝合金、青铜合金、镍合金等，钛合金粉 末在金属零件3D 打印产业链中是最重要的一环，也是最大的价值所在。钛及钛 合金球形粉末制备技术一直为美、德、英等西方发达国家所垄断。随着金属3D 打印产业的发展，球形钛合金粉体材料的制备技术将进一步完善及产业化，老一 代技术将得到大幅度更新换代，新的制备技术及工艺也将不断涌现。
3.3.4 3D 打印用合金粉末企业情况
目前国内以3D 打印金属粉末的研发、生产为主营业务的高新技术企业均没有上 市，下面介绍几家发展规模较大的重点粉末研发生产公司。
3.3.5 3D 打印用合金粉末的发展制约因素
金属3D 打印市场潜力无限，但因金属粉末材料技术壁垒较高、生产困难，导致 市场产量不足。目前，金属3D 打印仅能打印十几种金属，主要包括铝合金、钛 合金、模具钢、钴铬合金、不锈钢、铁镍合金和铜合金等。
金属3D 打印技术不能有效推广的主要原因是，材料的种类少及其制备还未能满 足设计要求，并且国内金属3D 打印材料大部分依赖进口，价格昂贵。开发专用 的、廉价的金属3D 打印原材料，是推动金属3D 打印发展的必然因素。
3D 打印对打印用粉的成分、粒度、形貌等都有严格要求，而国内采用简单的物 理破碎制粉工艺生产的粉末，无法满足3D 打印条件。小装置小批量的生产模式， 也导致各种球形金属粉末产量低、生产不连续、成本高等诸多问题，严重制约了3D 打印技术的发展。
3.4 超导材料
定义:是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的 材料。现已发现有28 种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。目前研究 人员发现具有超导特性的材料已有数千种，包括金属、合金、化合物以及有机物 等。
但是在电工学应用领域，达到或接近实用价值的超导材料仅6 种， 分别为NbTi、Nb3Sn、BSCCO、MgB2、ReBCO(Re 为稀土元素)和铁基超导体。其中NbTi 和Nb3Sn 占电工应用超导材料的90%，BSCCO 和MgB2 处于应用示范阶段，ReBCO 涂层超 导体开始实现批量制备。铁基超导体具有较高的上临界磁场和不可逆磁场，在强 磁场应用方面有很大的潜力。
3.4.1 超 导 材 料的特点与性 质
(1) 零电阻。导体在温度下降到某一值时，电阻会突然消失，即零电阻，这一 现象称为“超导现象”，具有超导性的物质，称为超导体，超导体如钛、锌、铊、 铅、汞等，在超导状态，当温度降至温度(超导转变温度)时，皆显现出某些共 同特征。一个超导体环移去电源之后，还能保持原有的电流。
(2) 完全抗磁性。超导材料的温度低于临界温度而进入超导态以后，只要外加磁 场不超过一定值，该超导材料便把磁力线排斥体外，因此其体内的磁感应强度总 是零。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失:近年来，随看 材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度越来越高。20世纪末，科学家合成了在室温下具有超导性能的复合材料，室温超导材料的研制 成功使超导的实际应用成为可能。
3.4.2 超导材料的应用领域
(1)输电电缆
传统电缆在进行电力输送时，有6%-8%的电能在输送时以热能的形式损耗。如 将高温超导带材应用于输电电缆(称为高温超导电缆)，则其系统整损耗仅相当于 传统输电电缆的40%，且传输容量数倍于传统电缆，有效地提高了电能的利用 率，降低了占地空间。
(2) 超导发电机
超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高，超导发电机的单机发电容量比常规 发电机提高一倍，而体积却减小二分之一，整机重量减少三分之一，发电效率提 高百分之五十。
(3) 超导磁体
与常规磁体相比，超导磁体的优点是其耗能小，可以达到较高的磁感应强度。如 用传统方法产生的磁场，其耗电功 率近，每分钟需冷却水 ，技术上也比较困难， 但是使用超导磁体，其耗电功率仅为几百瓦。
(4) 超导限流器
使用超导限流器不只可以对电网过流进行有效抑制，还具有主动复位功能，有助 于提高电网的稳定性。
3.4.3 超导材料的市场空间
从产品类型来看，超导分为低温超导和高温超导。其中，低温超导应用范围最广 泛。随着技术的不断改进，高温超导需求将不断增加。从应用领域来看，磁共振 成像将成为应用需求最多的一个领域。另外，电子电气将成为超导技术需求增速 最快的领域。
超导材料具有在较高磁场下有较大临界电流密度、高的临界磁场以及磁损耗较小 等特性。目前，技术最成熟、应用最广泛、商业化程度最高的超导材料是BSCCO 高温超导材料，各国研发和生产重点超导材料是YBCO 高温超导材料，YBCO 第二 代超导材料是未来超导材料发展的方向。而国内超导材料主要是依赖于美国和日 本进口，价格昂贵，占应用产品的50%左右成本。超导行业发展必将产生对超导 材料大量的需求，因此，超导行业要发展壮大，超导材料必须国产化。
根据2017 年Stratistics MRC 公布的调查预测数据显示，2015 年全球超导产 品市场规模为8.2 亿美元，到2022 年该市场规模将扩大至27.1 亿美元，复合 年均增长率(CAGR)达到18.6%。从整条超导产业链价值的角度来分析，超导材
料可占超导设备成本的40%-50%。从产业链盈利能力的角度来分析，超导材料的 盈利能力最强，毛利率可达50% 左右。据国家新材料产业发展战略咨询委员会 分析师称，“目前国内超导材料主 要从美国和日本进口， 成本昂贵，约占超导应 用产品成本的50% 左右”。
根据2017 年Business Wire 公布的数据显示，2017 年全球超导产品市场规模 高达61 亿美元，2022 年将达到88 亿美元，复合年均增长率(CAGR)约为7.5%。在超导材料应用领域，高温超导材料的市场份额将会逐步扩大。据美国能源部预 测到2020 年低温超导材料应用市场将达到45%，高温超导材料市场占55%;到2030 年低温超导材料应用市场将达到31.3%，高温超导材料市场占68.7%。
3.4.4 超导材料的产业阶段
处于产业初创期，具有重大产业化 前景。目前我国已经全面突破了实用化低温超 导线材制备技术，已具备批量制备千米级实用化MgB2 超导线材的能力。我国第 一代高温超导带材(BSCCO-2223)与国际先进水平的差距已经大大缩小，关键技 术指标基本达到了实用化的要求，已经进入产业化发展阶段。在第二代高温超导 带材(YBCO)方面，我国与国际先进水平的差距迅速缩小。上海和苏州等地均以 企业形式制备出了千米级的YBCO 二代带材，而且已经有一定量的销售和使用。
3.4.5 超导材料的主要上市企业情况：略
3.4.6 超导材料的发展制约因素
超导的缺点为现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态。这种情况是 比较难大规模做到，在整条通讯线路上采取这样的技术是不太实际的。
3.5 高温合金
定义:高温合金是指在650°C以上,具有一定力学性能和抗氧化、耐腐蚀性能的 合金,或指以铁、镍、钴为基,能在600°C以上的高温及一定应力作用下长期工作 的一类金属材料。
3.5.1 高温合金的特点与优点
具有较高的高温强度、断裂韧性、抗氧化、抗热腐蚀和热疲劳性能。
3.5.2 高温合金的应用领域
(1) 航空航天领域
我国发展自主航空航天产业研制先进发动机，将带来市场对高端和新型高温合金 的需求增加。
航空发动机被称为“工业之花”， 是航空工业中技术含量 最高、难度最大的部件 之一。作为飞机动力装置的航空发动机，特别重要的是金属结构材料要具备轻质、 高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能，这几乎是结构材料中最高的性能 要求。
高温合金是能够在600°C以上及一定应力条件下长期工作的金属材料。高温合金 是为了满足现代航空发动机对材料的苛刻要求而研制的，至今已成为航空发动机 热端部件不可替代的一类关键材料。目前，在先进的航空发动机中，高温合金用 量所占比例已高达50%以上。
在现代先进的航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40%~60%。在航 空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段 零部件;此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。
(2) 能源领域
高温合金在能源领域中有着广泛的应用。煤电用高参数超超临界发电锅炉中，过 热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好，在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐 蚀性能优异的高温合金管材;在气电用燃气轮机中，涡轮叶片和导向叶片需要使 用抗高温腐蚀性能优良和长期组织稳定的抗热腐蚀高温合金;在核电领域中，蒸 汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温合金;在煤的气化和节能减 排领域，广泛采用抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金;在石油和天 然气开采，特别是深井开采中，钻具处于4-150°C的酸性环境中，加之CO2，H2S 和泥沙等的存在，必须采用耐蚀耐磨高温合金。
我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造集团在生产规模 和生产技术等方面近年来有了较大 提高，拉动了对发电设 备用的涡轮盘的需求。正在进行国产化研制的新一代发电装备-大型地面燃机(也可作舰船动力)取得 了显著进展，实现量产后将带动对 高温合金的需求。同时 ，核电设备的国产化， 也将拉动对国产高温合金的需求。
(3) 汽车用高温合金
汽车涡轮增压器、发动机排气管、内燃机的阀座、镶块 、进气阀、密封弹簧、火 花塞、螺栓以及热发生器等装置零部件需要高的高温力学性能，因此这部分也是 高温合金材料重要的应用领域，其中汽车涡轮增压器又是最主要的车用高温合金应用领域。涡轮增压器是高端乘务车、重型卡车及特种装备车辆(搅拌车、吊车、 高空车等)中必备的部件，由于涡轮端工作温度高，均采用高温合金。目前国内 大量使用的增压涡轮材料是自行研制的K213，K418，K419 和K4002 等铸造高温 合金，国外用于增压涡轮的材料有Inconel713C，GMR235，MAR-M247，MAR-M246，X40 等。
此外，高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有广泛的用途。在玻 璃工业中应用高温合金零件多大十几种，如:生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩 埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管大轴、端头和通气管等。
3.5.3 高温合金的市场空间
目前全球高温合金年产量约30 万吨，其中美国产量超过10 万吨，日本和德国接 近5 万吨，我国年产量1 万吨。
高温合金市场受航空发动机和燃气轮机重大专项驱动较为明显。考虑政府直接投 入以及带动地方及社会专项投入，预计投资总金额将达到 3000 亿元。高温合金 作为航空发动机投入的重点材料，未来增速较为可观。中长期来看，核电、工业、 舰船等领域突破性需求也带来高端合金行业的需求。
根据中国金属学会高温材料分会测算，我国目前高温合金材料年生产量约1 万吨 左右，每年需求可达2 万吨以上，市场容量超过80 亿元。我国高温合金生产能 力与需求之间存在较大缺口，在航天航空、燃气轮机、核电等领域的高温合金主 要还依赖进口。随着两机专项的推进以及航空航天工业、油气开采以及燃气轮机 等高效能源新兴领域的快速发展，《中国新材料产业发展报告》中预计2030 年我 国高温合金需求可达到10 万吨。从高温合金的需求结构来看，全球航空航天需 求超55%。
3.5.4 高温合金的产业阶段
处于产业初创期 ，具有重大产业化前景 。高温合金行业具有很高的进入壁垒。高 温合金产品具有很高技术含量，要求一定的技术储备和研发实力，能够进入该领 域的企业数量十分有限。材料产业的进步需要逐代技术积累，目前我国在高温材 料和产品方面尚未有完整的产业体系，技术积累较为缺乏，在航空发动机的关键高温用材上还需依赖国外进口。
3.5.6 高温合金行业发展前景
高温合金是航空航天发动机技术的难点和瓶颈，而航空航天技术是一个综合国力 的体现，同时也是保证国家安全的战略关键。因此，我国全面启动“两机”专项， 旨在航天航空领域实现自主可控，追赶上世界先进水平。可以判断，高温合金的 中期驱动主要来自“两机”专项带动的需求增长。
对于高温合金高端产品要达到世界先进水平，其技术需要经过逐代积累，政策资 金投入起到了加速这一过程的效果，但最终时间很难判断，可能是一个较为漫长 的过程。
3.6 稀土功能材料
定义:稀土是15 种镧系元素(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、 铒、铥、镱、镥)以及与镧系元素化学性质相似的钪、钇共17 种稀有元素的统 称。稀土新材料约占稀土材料的6 成，按功能划分为稀土永磁材料、稀土催化材 料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土超抛光材料五大类。其中，稀土永磁材 料占比超过63%，是稀土功能材料中规模最大、增速最快的种类，主要公司包括 中科三环、宁波韵升、银河磁体等。
3.6.1 稀土功能材料分类及其特点与应用
稀土永磁材料:稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等) 组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。土 永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢 的磁性能高100 多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁 性能还高一倍。
由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性 能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的 极大重视，发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达 到国际先进水平。
稀土催化材料:轻稀土镧、铈和镨等元素具有独特的4f 电子层结构,在化学反应 中具有良好的助催化性能,因此被 用作优良的催化材料。目前已进入工业生产的 稀土催化材料包 括分子筛稀土催化材料、稀土钙钛矿催化材料、以及铈锆固溶 体催化材料等,主要应用于石油催化裂化(FCC 催化剂)、机动车尾气净化、工业 有机废气净化、催化燃烧和固体氧化物燃料电池等方面。
稀土储氢材料:人们很早就发现，稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2， 这种氢化物加热到1000°C以上才会分解。而在稀土金属中加入某些第二种金属 形成合金后，在较低温度下也可吸放氢气，通常将这种合金称为贮氢合金。在已 开发的一系列贮氢材料中，稀土系贮氢材料性能最佳，应用也最为广泛。其应用 领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面。用于化学蓄热和 化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收、升温，从而开辟出
了人类有效利用各种能源的新途径 。利用稀土贮氢材料释 放氢气时产生的压力， 可以用作热驱动的动力，采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率 大，可用于制动器升降装置和温度传感器。
稀土发光材料:稀土发光材料是由稀土4f 电子在不同能级间跃出而产生的，因 激发方式不同，发光可区分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X 射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。稀土发光具有吸收能力强，转 换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力 等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X 射线增光屏等各个方 面。
稀土超抛光材料:稀土抛光材料作为研磨抛光材料以其粒度均匀、硬度适中、抛 光效率高、抛光质量好、使用寿命长以及清洁环保等优点，已经广泛应用于光学 玻璃、液晶玻璃基板以及触摸屏玻璃盖板的抛光。特别是近年来随着液晶显示器 的产业的兴起与不断壮大，高性能液晶抛光粉得到了快速发展。
我国稀土抛光材料行业在众多稀土材料应用领域中，跨越了从普通玻璃制造行业 转向光电子显示行业，由传统应用到光电子高技术提升的过程。稀土抛光材料以 其独特、灵活的使用特性，已经成为当今世界光电子传输显示行业必不可少的材 料。目前，我国稀土抛光材料被广泛应用于液晶玻璃、手机面板、光学玻璃等器 件的抛光。
3.6.2 稀土功能材料的市场空间
新能源汽车快速拉动高端稀土磁材需求。2017 年，我国新能源汽车累计销量达77.7 万辆，同比增长53%;2018 年1-10 月，新能源汽车累计销量达86 万辆， 同比增长76%。根据国家新能源汽车发展规划，2020 年新能源汽车产能将达到200 万辆。随着海外汽车品牌纷纷加入新能源汽车竞争，预计全球2020 年新能 源汽车将达到300-400 万辆。
伴随新能源汽车在全国大范围的推广，行业景气度不断提升，稀土磁材行业受益 明显。2016 年中国新能源汽车消耗钕铁硼磁材2300 吨左右，产值9.66 亿元。预计到2020 年，将消耗钕铁硼磁材近万吨，产值达到40 亿元左右。根据智研咨 询对钕铁硼主要的7 个应用领域需求量拆分，新能源汽车是应用前景最好、增速 最快的领域，风力发电、变频家电和节能电梯是应用较大的低碳工业领域，传统 汽车EPS、工业机器人和智能手机需求增长相对较小。综合来看，未来三年国内 对高性能钕铁硼永磁材料需求增长约15%左右。因此，国内主要磁材生产企业扩 产意愿强烈。
长期来看，随着新能源、航空航天、原子能工业 、结构陶瓷、生物医疗、磁性材 料、电学、冶金机械及石油化工等高技术领域不断发展，稀土深加工及应用的结 构升级，稀土功能材料的市场容量和附加值也将进一步扩大。
3.6.3 稀土功能材料的产业阶段
目前稀土产业已处 于产业成熟期，增速较为稳定。我国稀土储量占世界的36.67%， 产量占比83%，均居世界第一，在全球稀土产业链上具有举足轻重的地位。2007-2017 年我国稀土行业总产值从287.6 亿元增长至840 亿元，其中，2011 年工业产值为852.4 亿元，同比增加127.0%，达到历史峰值，主要源于2011 年 以来我国稀土行业市场和政策方面出现重大变化，主要稀土品种的价格在2011 年出现较大涨幅。之后稀土价格回调较大，但行业总产值基本保持平稳，产业附 加值得到提升。
3.6.4 稀土功能材料的企业情况：略
3.6.5 稀土功能材料的发展制约因素
(一)稀土资源开采方式粗放，资源浪费与环境污染并存
由于利益的诱惑，我国一些地方小企业在开采稀土资源时采用粗放的开采方式 ， 不惜以破坏生态环境为代价，换取短期 利益 ，造成稀土矿产滥采滥挖 、采富 弃贫 、资源回收利用率低等现象。
此外，稀土矿产和冶炼生产过程中，也对周围居民生活环境产生了严重影响，造 成了地下水污染 ，农作物绝收，严重影响了周围居民的正常生活和生产。
(二)稀土产品附加值低，产业缺乏核心技术
而我国一直处于稀土产业链的低端，主要集中在稀土开采、冶炼分离等环节，造 成稀土产品科技含量不高、产品附加值较低。衡量稀土产业核心技术之一是稀土 专利。虽然我国已经成为全球申报稀土专利数量最多的国家，但是就专利质量而 言还有较大的差距。
(三)稀土产业政策不完善，行业监管困难
我国政府近年来在稀土资源开采、稀土行业准入条件等方面，出台了一系列相关 政策。正是由于出台了限制出口、开采总量控制等政策，导致稀土前端企业经营 绩效良好，这说明政策调控对前端企业发挥了比较明显的调控效用。但是在增强 高端产业核心技术研发能力、培养 高科技人才、发展稀土 产业核心技术等方面，
未制定具体的专项政策。我国稀土矿山大多位于偏远山区，而监管机构设置在市 区，造成了执法部门监管困难 。
来源：财通证券
