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预见2024:超材料产业技术趋势展望(附技术路径、投资方向、专利布局、科技企业布局等)

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 2024-03-01 19:12:30  来源:前瞻产业研究院 E9160G0

行业主要上市公司:光启技术(002625),天和防务(300397),新劲刚(300629),华泰科技(688281)等。

本文核心观点:超材料具备自然界中不存才的超常物理特性,在通信、尖端装备、汽车等领域展现出巨大应用潜力和发展空间。

引言:超材料具备天然材料所不具备的特殊性质,有巨大应用潜力和发展空间

——超材料具备自然界中不存才的超常物理特性

超材料(metamaterials)是一种特种复合材料或结构,由人工微结构组成,通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计,使其获得常规材料所不具备的超常物理性质,在电学、磁学和光学等方面具备天然材料所不具备的特殊性质。超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别,以往是自然界有什么材料,就能制造出什么物品,而超材料完全是逆向设计。

图表1:超材料的特征

超材料的超常物理特性主要表现为介电常数、负磁导率、负折射率、逆多普勒效应等。其一系列奇异特性不主要取决于构成材料的本征属性,而决定于超材料单元结构的图案形状、尺寸、排列方式以及介质层的电磁参数等因素。

图表2:超材料的主要物理特性

——超材料因其独特的物理性能在多个领域展现出巨大应用潜力和发展空间

超材料的分类可以根据其设计原理、工作频段、所操控的波型、性能特点以及结构特点等多种方式进行。

图表3:超材料的分类

目前,超材料因其独特的物理性能在通信、尖端装备、汽车等领域展现出巨大应用潜力和发展空间,其中,尖端装备领域是近十年来各国超材料技术研究及应用最为集中的方向。

图表4:超材料的应用

技术路线:超材料技术发展路径与支撑体系

从技术路线发展来看,超材料技术路线可分为电磁超材料、声学超材料、超热材料、光学材料、机械超材料、生物学超材料等。

从技术支撑体系来看,中国超材料创新单元主要包括超分子结构与材料国家重点实验室、材料复合新技术国家重点实验室等国家重点实验室等实验室;安徽省新材料产业主题基金、五矿新能源新材料产业投资基金等产业投资基金;《机载吸波超材料通用规范》、《机载超材料天线罩通用规范》等国家及地方标准计划。

图表5:超材料技术发展路径与支撑体系

超材料专利技术布局:光学超材料技术为布局重点

——光学超材料技术为超材料专利技术布局重点,申请热度和布局广度较高

从超材料细分专利技术申请的热度来看,光学超材料技术具备较高的专利申请热度,专利申请总量为159642项,申请人数量达50412个;从技术跨度来看,同样是光学超材料技术跨技术专利申请量较多,技术跨度达551个IPC小类;从技术市场覆盖广度来看,电超磁材料和光学超材料技术均覆盖60个以上国家和地区,说明这些技术受到全球范围内的关注和研究。

图表6:2024年全球超材料技术专利情况对比(单位:项,个)

注:1)搜索关键词:超材料技术路线相关关键词;2)搜索范围:标题、摘要和权利说明;3)统计截至日期:2024年2月20日。下同。

——中国、日本和美国为超材料主要技术来源

从专利地域分布来看,中国在电超磁材料、声学超材料领域创新均较为活跃,专利数量全球第一;此外美国和日本在超材料相关技术专利布局也较多;从申请人来看,深圳迈塔兰斯科技有限公司、中国人民解放军国防科技大学、日本电信电话株式会社等为超材料相关技术专利主要申请人。

图表7:2024年全球超材料技术专利地区和前十申请人分布(单位:%)

超材料科技企业技术布局:电超磁材料技术为企业布局重点

在超材料技术选择上,由于电磁超材料技术性相对成熟,并已经有商业化的产品和器件,目前我国几乎所有超材料企业业务布局重点均在电超磁材料技术中。

图表8:超材料企业技术积累

注:以上排名不分先后,仅汇总行业内部分代表性科技企业。

超材料技术投资重点赛道:电超磁材料技术为重点关注领域

从我国超材料投融资热门赛道来看,2010-2023年,投资领域全部集中在电超磁材料技术领域,其中融资轮次主要为IPO及定向增发。

图表9:2010-2023年中国超材料技术投资赛道分布(单位:%)

超材料关键技术投资潜力评估

综合来看,超材料领域的电超磁技术领域资本市场较为活跃、技术先进性领先,同时也是企业技术创新热点领域。

图表10:超材料技术投资潜力评估

注:评估星级自一星至三星,星级越高,代表从该指标来看,技术投资潜力越大,☆代表半星。

超材料技术发展趋势与目标

——国家政策出台支持超材料产业发展

中国政府对超材料技术高度关注,并在多个科技计划中予以立项支持。例如,超材料于2023年被列入工业和信息化部、国务院国资委联合印发的《前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批)》,相关通知指出,“前沿材料代表新材料产业发展的方向与趋势,具有先导性、引领性和颠覆性,是构建新的增长引擎的重要切入点”。总体来看,中国超材料产业的发展目标是实现技术创新、产业化发展、市场拓展和人才培养的协同发展,推动超材料产业成为我国经济发展的重要引擎。

图表11:中国超材料产业技术发展目标

——超材料技术发展趋势

超材料技术的发展趋势体现在其应用的广泛性、技术的创新性和市场的成长性上。随着研究的深入和技术的进步,超材料在未来的应用前景将更加广阔,对科学技术和产业发展产生更加深远的影响。

图表12:超材料技术发展趋势

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国隐身材料(超材料)行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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