新材料是新一轮科技和产业变革的先导与基石，对于推动技术创新、助力产业转型升级和维护等具有重要的支撑及保障作用，是全球经济和科技竞争的战略制高点。本文梳理了近年来新材料领域领先国家的战略布局与政策动向，总结了新材料科技发展的趋势，并通过选取材料领域设计与模拟、制备与加工、性能表征、器件制造、循环利用等热点及前沿方向，形成从“料”到“材”再到“器”的创新发展链条，列举了主要国家取得的部分重要进展。最后，针对发达国家/地区在新材料领域的战略布局、发展态势和研究动向，从重视基础研究、注重研发范式变革、聚焦重点领域新材料的支撑性作用等方面提出了相关建议，以期助力我国新材料科技领域的创新发展。

　　“十四五”及今后很长一段时期，是我国构建现代化产业体系、推动制造业高质量发展的关键时期。实现制造强国目标，离不开材料的支撑与保障作用。当前，新材料领域已成为全球经济和科技竞争的战略焦点之一，美国、欧盟、英国和日本等发达经济体为巩固其优势主导地位，不断出台战略政策措施，并实施相应策略，加大新材料领域的研发及应用投入力度，推动该领域跨越式发展，在新材料的模拟设计、合成制备方法和性能功能突破等基础研究方面，通过精准设计并创制新材料，高通量、度、多尺度地对材料进行表征及解析，发展材料物理与化学性质的精准调控原理、方法和技术等，并取得了众多重要进展。

　　美国历来重视新材料的研发，并进行了全方位布局，目标是保持其在新材料领域的全球领先地位。并支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等的发展，满足其他行业领域对新材料的需求。2019年2月，美国国家科学院发布《材料研究前沿——十年调查报告》（Frontiers of Materials Research: A Decadal Survey），回顾了之前十年美国材料研究的进展和成就以及材料研究领域的变化；分析了2020—2030年间的投资机遇；阐述了材料研究对新兴技术、国家需求和科学的已有的和预期的影响；展望了十年间可能面临的挑战，并提出了关键政策建议。报告提出的研究热点包括：金属材料，半导体及其他电子材料，陶瓷、玻璃、复合材料和杂化材料，构筑材料与超材料，以及能源、航空航天、地面交通等其他行业需求的材料。

　　2021年末，指导美国材料领域科技发展的两大计划——材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI）和国家纳米技术计划（National Nanotechnology Initiative，NNI）先后发布新版战略规划，提出了之后五年的发展目标。新的《材料基因组计划战略规划》提出材料创新基础设施、材料数据和人员培养三个目标，尽管未明确提及具体的材料研究方向，但更加强调材料基因组计划对于推动材料创新，尤其是推动新材料走向应用方面的潜力。《国家纳米技术计划战略规划》对2016年版本做出较大调整，在发展愿景上，围绕技术与产业变革，将“引发”调整为“已经发生”，反映出美国科技界对科技态势的最新判断；在发展目标上，继续关注开展技术研发、推进商业化、加强基础设施建设和负责任发展等方向，并将公众参与和劳动力培养的相关内容单独列出，体现了对人才培养的重视。

　　欧盟期望在材料科学与工程的多个研究方向成为国际领导者，将新材料列为关键使能技术之一，在尽可能多的新材料技术中争取世界领先。欧盟重视环境友好，当前正在实施的“地平线欧洲”框架计划关注石墨烯、绿色与可持续材料和工业材料等的研发，助力数字与绿色转型。2022年12月，欧洲材料联盟组织发布《材料2030路线图》，提出推动材料开发数字化，加速材料设计与开发；加强新材料加工和放大的支撑活动等行动建议。路线图围绕九大类材料创新市场，详细阐述了面临的研发挑战与优先事项以及预期的社会经济效益。按照应用领域，这九类材料分别是：健康与医疗材料、可持续建筑材料、新能源材料、可持续运输材料、家庭及个人护理材料、可持续包装材料、可持续农业材料、可持续纺织品材料和电子电器材料等。

　　作为新材料领域的老牌优势国家，英国新材料科技发展策略是利用世界先进材料技术助推可持续发展。英国在新材料的发现和早期研究方面具有世界领先的学术水平，其高校在材料科学、新材料发明与发现以及与工业界合作等方面有着长久优势。英国新材料领域主要研究所之一的亨利·罗伊斯研究所认为，“材料4.0与信息学”（Materials 4.0 and Informatics）将有望发挥更大作用，并结合数字和物理孪生进行高通量制造、测试及表征。2021年7月，英国政府发布的《英国创新战略：创新引领未来》报告将“新材料与制造”确定为未来助推英国经济的七项关键技术集群之一，希望实现新材料的批量化制造，并将安全性评估与可持续发展融入材料的设计与创新。该报告将超材料、二维材料、智能仿生自修复材料、复合材料结构与涂层技术等列为有发展潜力的机遇方向。

　　日本向来重视新材料技术开发，研发注重实用性，并强调材料与环境、资源与能源等的协调发展，所选取的重点是市场潜力巨大和附加值高的新材料方向，并希望尽快实现专业化、产业化。日本在碳纤维、电子材料、特种钢、陶瓷材料等领域处于国际领先地位，并重点开发各类可应用于信息通信、新能源、生物技术等的新材料。2021年4月，日本内阁府发布的《材料创新力强化战略》报告认为，面向未来科学技术和社会经济发展，材料将发挥重要的推动作用；通过创新发展战略能够快速高效解决当前日本材料行业中存在的发展瓶颈与问题。报告提出，应建立以数据为基础的材料创新体系，推动数据驱动型材料研究，以强化日本材料创新能力。围绕材料开发与应用、数据驱动研发、国际竞争力三个维度，报告提出了行动计划方案。其中，“数据驱动研发”是主要举措布局之一，将整合以数据为基础的材料研发平台，构建数据驱动型创新体系。

　　近年来，随着我国科技发展水平的提升和国际环境的变化，原始创新能力成为我国进一步提升国际竞争力的关键要素，基础研究的重要性逐渐得到我国政府的高度重视。2020年1月，科技部等五部门联合印发《加强“从0到1”基础研究工作方案》，面向国家重大需求对关键核心技术中的重大科学问题给予长期支持，其中就包括重点基础材料、先进电子材料、结构与功能材料等方向。

　　大科学装置与材料研究联系更加紧密，发挥着原始创新“策源地”的作用。近年来，我国多个综合性国家科学中心的大科学装置建设与应用正在提速，这将帮助深入探索材料纳米尺度量子结构、极端条件下物性与物质演变、长期服役性能等，推动材料基础研究从经验摸索向人工设计调控的升级转变，成为探索材料科技前沿和满足国家重大战略需求的“杀手锏”。与此同时，我国各地方政府依托相关高校院所、企业，建设省级实验室，打造“国家实验室预备队”。2018年以来，广东、江苏和浙江先后启动了以材料为关注领域的实验室建设，通过探索新的研究组织模式，加快新材料基础研究和应用转化。

　　中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安每年联合发布的《研究前沿》和《研究前沿热度指数》报告显示，近年来，在化学与材料科学领域，我国研究活跃程度位列全球第一。以2022年为例，我国在该领域排名前三的前沿数量占比为92.31%，研究前沿热度指数是排在第二位的美国的约2.5倍，显示出我国材料科学基础研究的整体实力和影响力处于世界领先位置。报告显示，我国学者近年来在Nature和Science期刊发表的新材料领域相关学术论文逐年增加，涌现出一批具有引领作用的材料基础研究成果。对这些论文进行归类解读可以发现，我国新材料领域基础研究的目标是围绕现有材料的性能极限和功能制约开展突破性研究，为新能源、生物医学、信息技术、高端制造等行业提供满足应用需求的核心材料支撑。因而，材料基础研究的普适性科学问题在于：如何精准地设计和创制新材料？如何更为准确深入地开展材料性能调控与表征解析？材料在走向结构功能一体化的同时，可持续发展面临的资源约束问题如何破解？对这些问题的回复，从一定程度上也正好展现了材料领域基础研究的发展趋势。

　　随着超级计算机、机器学习、人工智能、量子计算等先进信息技术的发展，新材料的设计与研发过程正在发生巨变。这些数字化技术在新材料领域不断渗透，影响效应不断提升，显著深化了人们对材料理论基础的认识，大力推动了新材料的遴选、设计和研发。这些信息技术在新材料领域的应用，可大幅缩短新材料的研发周期，显著降低制备成本，实现新材料研发由“经验指导型”向“理论预测+实验验证”的新模式转变。未来，新材料研发将加速向第四范式转变，各类信息技术在新材料开发中的作用将进一步凸显。

　　以分子、原子为起点开展新材料的合成制备，并在微观尺度上进行成分与结构控制，材料制备合成的新技术、新装备层出不穷，助力新材料向多功能、智能方向发展，将产生体积更小、集成度更高、功能更优异、更加智能的产品。同时，基于同步辐射光源、散裂中子源等大科学装置的成像、谱学和衍射技术，研究人员充分利用其在亮度、空间分辨率、穿透性等方面的优异特性，发展了多种高通量、度、多尺度的材料表征技术，并应用于新材料微结构及其演化等的研究，反映了材料表征技术的重要进步，新材料内在机理得到进一步探索。

　　碳中和、碳达峰为新材料发展带来重大需求，更加重视新材料的绿色发展，在研发、制造到应用等环节更加突出环境友好、成分简约、循环利用。新材料的发展更加依赖战略性原材料资源的使用，并对支撑高端装备制造、国防等作用举足轻重。此外，随着社会经济的发展和科学技术的进步，全生命周期理念渐入人心，短流程制备、稀缺元素替代、近净成形、结构功能一体化和回收技术等日益得到重视。

　　当前，计算物理理论与方法体系的建立及进展、信息科学技术的飞速进步，使得对新材料的结构开展计算预测及其性能模拟计算成为必要和可能。先进合成与制备技术的突破不仅有效带动了一系列新材料的发展，还能够显著改善现有材料的性能，积极赋能国防和国民经济建设需求。材料力学性能、物理性能和化学性能等与组成、结构的相关性、转换与变化规律等，也一直是研究的热点方向之一。同时，结合材料学科基础分类，本节以新材料设计与模拟、制备与加工、性质表征、器件制造、循环利用等为热点方向，贯穿“设计—制备—表征—应用”的价值链条以及“料要成材、材要成器”的发展脉络，介绍各方向近年来取得的主要进展。

　　通过数据驱动的机器学习算法建立材料性能预测模型，并应用于材料筛选与新材料开发是近年来的热点之一。美国劳伦斯伯克利实验室利用卷积神经网络分析实验数据，实现对单层二硫化钨缺陷的快速绘制和识别：从利用传统扫描隧道显微镜的23天时间大幅缩短至8小时；美国杜克大学利用密度泛函理论和AFLOW材料数据库进行数据挖掘，探索出28种新型二维材料的化学组成，并具有在电子、磁性和拓扑方面的卓越特性；中国科学技术大学研制出全球首个数据智能驱动的全流程机器化学家，具有更强的化学智能和广泛的化学品开发能力，目前已涵盖光催化与电催化材料、发光分子、光学薄膜材料等。

　　各类外延、沉积和极端条件下制备与加工技术的发展使人们可以获得具有复合功能性质的新材料，推动新材料及其器件向低维化、复合化和材料器件一体化的方向迈进。美国马萨诸塞大学和佐治亚理工学院通过3D打印制作出双相纳米结构高熵合金，具有超高强度和更高的延展性，其强度比传统金属铸件提升了3倍，有望用于生物医学、航空航天等的高性能部件；美国东北大学开发出一种可压铸成复杂零件的全陶瓷材料，比当前的金属更轻薄、更高效，可改变手机及其他无线电部件等电子产品的散热设计和制造；美国普林斯顿大学通过对不同材料进行分层，并制备出超薄的二维覆盖层保护最脆弱的区域免受曝光，成功开发出第一个具有商业可行性的钙钛矿太阳能电池，其使用寿命超过30年。

　　通过高空间分辨、高能量分辨、高时间分辨、原位与外场作用等表征技。