بحث استراتيجي حول تطور المواد الوظيفية الأرضية النادرة بحلول عام 2035

Zhu Minggang، Sun Xu، Liu Ronghui، xu Huibing^₂

(1. المعهد العام لأبحاث الحديد والصلب، بكين 100081؛ 2. شركة تشونغ يان المحدودة للمواد الأرضية النادرة الجديدة، بكين 100088)

الملخص: باعتبارها واحدة من المواد الاستراتيجية الرئيسية ذات الخصائص الأكثر موارد في الصين، الأرض النادرةالمواد الوظيفية هي المواد الأساسية التي تدعم الجيل الجديد من تكنولوجيا المعلومات والفضاء والأسلحة والمعدات الحديثة، والنقل بالسكك الحديدية المتقدمة، ومركبات توفير الطاقة والطاقة الجديدة، والمعدات الطبية عالية الأداء وغيرها من مجالات التكنولوجيا الفائقة. تقدم هذه الورقة خلفية صناعة المواد الوظيفية الأرضية النادرة وحالة التطوير، وتحلل المشكلات الموجودة في تطوير صناعة المواد الوظيفية الأرضية النادرة في الصين، وتطرح أفكار تطوير استراتيجية تطوير الطاقة المادية الجديدة 2035 واتجاه التطوير الرئيسي، من تعزيز للتنبؤ الاستراتيجي للأتربة النادرة ودعم السياسات، وتعزيز البحث والتطبيق الأساسي في مجال الأتربة النادرة، وتعزيز بناء فريق ميزة الأتربة النادرة والمواهب التي تطرح اقتراحات السياسة، لتعزيز تطوير المواد الوظيفية للأتربة النادرة، وتحقيق الاستراتيجية التحول من الطاقة الأرضية النادرة إلى الطاقة الأرضية النادرة لتوفير المرجع.

الكلمات المفتاحية: المواد الوظيفية الأرضية النادرة؛ المواد الاستراتيجية الرئيسية؛ قوة المواد الجديدة 2035

رقم التصنيف: O614.33؛ تي جي

استراتيجيات تطوير العناصر الإلكترونية النادرة

المواد الوظيفية بحلول عام 2035

تشو مينغ قانغ 1، صن شو 1، ليو رونغ هوي 2، شو هويبينغ 2

(1. المعهد المركزي لأبحاث الحديد والصلب، بكين 100081، الصين؛ 2. شركة جريم للمواد المتقدمة المحدودة، بكين 100088، الصين)

الملخص : تعتبر المواد الأرضية النادرة ذات أهمية بالغة واستراتيجية في دعم مجالات التقنية العالية مثل الجيل الجديد من تكنولوجيا المعلومات، والفضاء والأسلحة الحديثة، والنقل بالسكك الحديدية المتقدمة، والمركبات الموفرة للطاقة والطاقة الجديدة، والطب الطبي عالي الأداء. الأجهزة. في هذه المقالة، يتم عرض حالة واتجاهات تطوير صناعة المواد الوظيفية الأرضية النادرة في الصين ويتم تحليل مشاكل الصناعة. لتعزيز القدرة التنافسية للمواد الوظيفية الأرضية النادرة في الصين، يتم اقتراح بعض اقتراحات السياسة، بما في ذلك تعزيز التنبؤ الاستراتيجي ودعم السياسات، وتعزيز البحث والتطبيق الأساسي، وتعزيز بناء فرق مفيدة وتطوير الموظفين في مجال الأرض النادرة.

الكلمات المفتاحية: المواد الوظيفية الأرضية النادرة؛ المواد الحرجة والاستراتيجية؛ استراتيجية الطاقة للمواد الجديدة 2035

أولا، المقدمة

العناصر الأرضية النادرة (15 اللانثانيدات والإيتريوم والسكانديوم إجمالي 17 يوان الاسم العام للعنصر) نظرًا لهيكل الطبقة الإلكترونية الفريد من نوعه، بحيث يتمتع بخصائص مغناطيسية وبصرية وكهربائية وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة، في مركبات الطاقة الجديدة، عرض جديد والإضاءة، والروبوتات الصناعية، والمعلومات الإلكترونية، والفضاء، والدفاع الوطني، والحفاظ على الطاقة وحماية البيئة وتصنيع المعدات المتطورة وغيرها من الصناعات الناشئة الاستراتيجية تلعب دورا هاما، وهي مادة أساسية أساسية لا غنى عنها [1].

أصبحت المواد الأرضية النادرة الجديدة المتمثلة في المواد الوظيفية الأرضية النادرة كاملة واحدة من النقاط المحورية في مسابقة الكرة. أدرجت الدول والمناطق المتقدمة مثل أوروبا وأمريكا واليابان العناصر الأرضية النادرة باعتبارها "العناصر الإستراتيجية للقرن الحادي والعشرين"، وأجرت احتياطيًا استراتيجيًا وأبحاثًا رئيسية. "إستراتيجية المواد الأساسية" التي صاغتها وزارة الطاقة الأمريكية، و"خطة الإستراتيجية الأولية" التي صاغتها وزارة التربية والتعليم والعلوم، و"خطة الاتحاد الأوروبي للمواد الخام الحرجة" التي صاغها الاتحاد الأوروبي، جميعها أدرجت العناصر الأرضية النادرة كمجالات بحثية رئيسية. على وجه الخصوص، في السنوات الأخيرة، أعادت الولايات المتحدة تشغيل صناعة الأتربة النادرة للحصول على مغناطيسات أتربة نادرة متاحة للاستخدام العسكري. يمكن القول أن المواد الأرضية النادرة ذات المغناطيس الدائم أصبحت "Shangganling" في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة.

ولهذا السبب، أدرجت الصين الأتربة النادرة كمورد استراتيجي للرقابة والتنمية الوطنية، وأدرجت المواد الوظيفية الأرضية النادرة كمواد استراتيجية رئيسية في خططها التنموية الوطنية المتوسطة والطويلة والطويلة الأجل مثل "صنع في الصين 2025". . كما ساعدت آراء مجلس الدولة بشأن تعزيز التنمية المستدامة والصحية لصناعة الأتربة النادرة واللوائح الأخرى ذات الصلة في تعزيز الابتكار العلمي والتكنولوجي في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وتحسين هيكل صناعة الأتربة النادرة، وتعزيز التحسين المستمر لمستوى التطوير وجودة المواد الوظيفية الأرضية النادرة في الصين.

2. حالة تطوير المواد الوظيفية الأرضية النادرة

تعتبر الأتربة النادرة موردًا استراتيجيًا مهمًا ومجالًا مفيدًا حيث تتمتع الصين بقوة الخطاب الدولي. تعد الصين دولة كبرى في العالم تمتلك احتياطيات من الموارد الأرضية النادرة. ويبلغ إجمالي احتياطي الموارد الأرضية النادرة حوالي 1.2108 طن، يصل احتياطي الصين منها إلى 4.4107 طن، وهو ما يمثل حوالي 37.8٪ [2،3]، وتعد الصين أكبر منتج للمعادن الأرضية النادرة في العالم. وفي عام 2019، بلغ الإنتاج العالمي من الأتربة النادرة 2.1105 طن، منها بلغ إنتاج الصين من الأتربة النادرة 1.32105 طن، وهو ما يمثل حوالي 63% من إنتاج الأتربة النادرة العالمي. وفي الوقت نفسه، تعد الصين أيضًا دولة تصنيع الأتربة النادرة ولديها نظام صناعي مستقل كامل، يغطي معالجة الخام من المنبع، وفصل الصهر، وإنتاج الأكسيد والمعادن الأرضية النادرة في منتصف الطريق، وجميع المواد الأرضية النادرة الجديدة وتطبيقاتها في المصب. في عام 2018، بلغت قيمة إنتاج سلسلة صناعة الأتربة النادرة في الصين حوالي 90 مليار يوان، شكلت المواد الوظيفية الأرضية النادرة منها 56%، وبلغت قيمة الإنتاج حوالي 50 مليار يوان، وشكل الصهر والفصل 27%، و وكانت قيمة الانتاج حوالي 25 مليار يوان. من بينها، تمثل المواد الوظيفية الأرضية النادرة أعلى نسبة من المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة، حيث تمثل 75٪، بقيمة إنتاج تبلغ حوالي 37.5 مليار يوان، وتمثل المواد التحفيزية 20٪، وقيمة إنتاج تبلغ حوالي 10 مليار يوان. يوان. في هيكل استهلاك المواد الوظيفية الأرضية النادرة في الصين، تستفيد المواد المغناطيسية الأرضية النادرة من التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة والصناعة الإلكترونية، وهو ما يمثل أكثر من 40٪ في هيكل الاستهلاك؛ تمثل الصناعات المعدنية والآلات والبتروكيماويات والسيراميك الزجاجي 12% و9% و8% على التوالي، وتمثل مواد تخزين الهيدروجين والمواد الانارة حوالي 7%؛ المواد التحفيزية ومواد التلميع والمنسوجات الزراعية الخفيفة بنسبة 5% [4].

(1) مجال صهر وفصل الأتربة النادرة

وفي عام 1988، تجاوز إنتاج الصين من الأتربة النادرة إنتاج الولايات المتحدة، لتصبح أول منتج للأتربة النادرة في العالم. يتصدر مستوى صهر وفصل الأتربة النادرة في الصين العالم ويستمر حتى يومنا هذا، حيث يسيطر على السوق العالمية للأتربة النادرة عالية النقاء. في الوقت الحاضر، تتركز شركات فصل صهر الأتربة النادرة في الصين بشكل رئيسي في مجموعة الأتربة النادرة الستة الكبيرة في الصين: شركة North Rare Earth High-Tech Co., LTD. (مجموعة)، شركة مجموعة الأرض النادرة بجنوب الصين، المحدودة، مجموعة صناعة الأرض النادرة في قوانغدونغ، المحدودة، شركة الصين للأتربة النادرة، المحدودة، شركة مجموعة المعادن الأرضية النادرة، المحدودة، شركة صناعة التنغستن شيامن .، المحدودة. تشمل مشاريع صهر وفصل الأتربة النادرة الأجنبية بشكل رئيسي مشروع Mountain Pass التابع لشركة الموليبدينوم الأمريكية (التي استحوذت عليها شركة Shenghe Resources Holdings Co., Ltd.)، ومشروع الصهر والفصل لشركة Lynas الأسترالية في كوانتان، ماليزيا، ومجموعة Solvi البلجيكية (Solvay) ) المشروع، الخ.

(2) مجال المواد الأرضية النادرة ذات المغناطيس الدائم

إن المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة ليست فقط أسرع اتجاه تطويري وأكبر نطاق صناعي وأكثره اكتمالًا في مجال الأتربة النادرة بأكمله، ولكنها أيضًا مادة خام رئيسية لا يمكن الاستغناء عنها ولا غنى عنها في صناعة الدفاع الوطني، وأيضًا مجال التطبيق مع أكبر كمية من المواد الأرضية النادرة. منذ عام 2000، يتوسع النطاق الصناعي لتطبيق مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة في الصين، وزاد الإنتاج الفارغ لمغناطيس NdFEB الملبد من 8104 طنًا في بداية الخطة الخمسية الثانية عشرة إلى 1.8105 طنًا في عام 2019، وهو ما يمثل أكثر من 85% من الناتج العالمي؛ يبلغ إنتاج مواد المغناطيس الدائم من كوبالت السماريوم 2400 طن، وهو ما يمثل أكثر من 80% من إجمالي الإنتاج.

إن التطوير الشامل لمغناطيس NdfeB الملبد في صناعات التكنولوجيا الفائقة مثل مركبات الطاقة الجديدة مثل توليد طاقة الرياح والمركبات الهجينة والكهربائية والأجهزة المنزلية الموفرة للطاقة والروبوتات الصناعية والقطارات عالية السرعة وقطارات ماجليف قد قدم دعمًا مهمًا للتطوير. صناعة المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة وإمكانات النمو الكبيرة لهذه الصناعة. تقترب الصين من المستوى المتقدم لأقرانها في العالم في مجالات المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة عالية الأداء، وتكنولوجيا تقليل الأتربة النادرة الثقيلة، والاستخدام المتوازن لمواد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة ذات الوفرة العالية، وتكنولوجيا إعادة تدوير واستخدام المغناطيس.

على الرغم من أن بلدنا أصبح أكبر منتج في العالم لمواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، ممثلة بوفرة عالية من مادة المغناطيس الدائم الأرضية النادرة جزء من تكنولوجيا إعداد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة في مكانة رائدة عالميًا، إلا أن منتجات مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة في الصين، لا تزال غير قادرة على تلبية الطلب على الروبوت عالي الجودة والجيل الخامس من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة (5G) وآلة الطباعة الحجرية وغيرها من الصناعات الناشئة للطلب على تكنولوجيا المغناطيس الدائم المتطورة. وفي الوقت نفسه، لا تزال هناك فجوة كبيرة مع الدول المتقدمة مثل الولايات المتحدة واليابان في تكنولوجيا التحضير الأكثر تقدما، والتشوه الحراري، وصقل الحبوب، والمعدات الذكية المستمرة.

(3) في مجال المواد الانارة الأرضية النادرة

ومع الاختراق المتسارع للمواد شبه الموصلة في مجالات الإضاءة والعرض واكتشاف المعلومات، يتزايد أيضًا طلب السوق على جودة مصدر الضوء. في مجال الإضاءة، تعتبر الإضاءة ذات الطيف الكامل هي الاتجاه الرائد للجيل الجديد من إضاءة LED البيضاء. وفي مجالات أخرى من المواد المضيئة، تعد أجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء القريبة جزءًا مهمًا من إنترنت الأشياء، والتي أصبحت محط اهتمام عالمي، ولها آفاق تطبيق كبيرة في مراقبة الأمن، والقياسات الحيوية، واختبارات الأغذية والطبية وغيرها من المجالات.

في مجال المواد المضيئة، مع مواد الإضاءة والعرض ذات الصمام الثنائي الباعث للضوء الأبيض (LED)، تتمتع شركة Mitsubishi Chemical Co., LTD., Electrification Corporation, Japan Chemical Industry Co., Ltd. بمزايا مطلقة من حيث الإنتاج وحجم المبيعات وإجمالي الأصول في السوق العالمية. كما زاد معدل توطين فوسفور LED الأبيض في الصين من عام 2000، أي أقل من 5% سنويًا، إلى حوالي 85% في الوقت الحاضر. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة تكنولوجية معينة بين الشركات الصينية والدول الأجنبية. في الوقت الحاضر، الشركات الأكثر تأثيرًا في الصين هي Youyou Yan Rare Earth New Materials Co., LTD.، وJiangsu Borui Optoelectronics Co., LTD.، وJiangmen Keheng Industrial Co., LTD.

(4) مجال المواد البلورية الأرضية النادرة

تشتمل المواد البلورية الأرضية النادرة بشكل أساسي على بلورات الليزر الأرضية النادرة والبلورات الومضية الأرضية النادرة، والتي تستخدم على نطاق واسع في الدفاع الوطني والأجهزة العلمية المتطورة والعلاج الطبي والكشف وفحص السلامة وغيرها من المجالات. في السنوات الأخيرة، تطورت بسرعة معدات التشخيص الطبية المتطورة مثل التصوير المقطعي المحوسب بالانبعاث البوزيتروني (PET-CT)، مما خلق طلبًا قويًا على الوميض الأرضي النادر عالي الأداء الذي تمثله بلورات سيليكات الإيتريوم اللوتيتيوم (LYSO)، وتمثل الاقتصادات الناشئة من قبل الصين لديها إمكانات سوقية ضخمة بشكل خاص في المستقبل. بناءً على ملكية وحدة واحدة لكل مليون شخص، تحتاج الصين إلى إضافة حوالي 1000 وحدة من معدات PET-CT، وسيتجاوز الطلب على بلورات التلألؤ الأرضية النادرة 3 مليارات يوان.

(5) مجال المواد الحفزية الأرضية النادرة

تحتل المواد الحفزية الأرضية النادرة دورًا مهمًا في الاقتصاد الوطني، والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في البيئة والطاقة، وتعزز الاستخدام المكثف للعناصر الأرضية النادرة العالية والخفيفة اللانثانوم والسيريوم، وتخفف بشكل فعال وتحل الخلل في استهلاك الأتربة النادرة. في الصين، تحسين تكنولوجيا الطاقة والبيئة، وتحسين بيئة معيشة الإنسان. محفز تكسير الزيت ومحفز تنقية عوادم السيارات هو جرعة المواد المحفزة الأرضية النادرة لاثنين من أكبر التطبيقات، بما في ذلك محفز تكسير الزيت، والمصدر المتحرك (السيارات، والسفن، والآلات الزراعية، وما إلى ذلك) ومحفز تنقية العادم، والمصدر الثابت (غاز النفايات الصناعية نفاد المخزون، واحتراق الغاز الطبيعي، ومعالجة غاز النفايات العضوية، وما إلى ذلك) محفز تنقية الغاز الخلفي، وما إلى ذلك.

بالمقارنة مع المحفزات المماثلة في العالم، وصلت محفزات التكسير المحلية إلى نفس المستوى في أداء استخدامها. ولكن في محفز تنقية عوادم السيارات، محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم مع محفز إزالة غازات النفايات الصناعية ذات درجة الحرارة العالية، مثل مواد تخزين الأكسجين الأرضية النادرة من الزركونيوم السيريوم، طلاء الألومينا المعدل، الحجم الكبير، حامل الجدار الرقيق للغاية (> 600 شبكة) الإنتاج على نطاق واسع، والتكنولوجيا والمعدات الرئيسية لتكامل النظام، وما إلى ذلك، مع المستوى المتقدم الأجنبي لا يزال لديه فجوة معينة.

(6) معادن أرضية نادرة عالية النقاء ومواد مستهدفة

يعد المعدن الأرضي النادر عالي النقاء المادة الخام الأساسية للبحث وتطوير المواد عالية التقنية، والتي تستخدم على نطاق واسع في المواد المغناطيسية، والمواد الوظيفية البصرية، والمواد الحفزية، ومواد تخزين الهيدروجين، والمواد الخزفية الوظيفية، والمواد المستهدفة المتخرقة للمعلومات الإلكترونية وغيرها من المجالات. في نهاية القرن العشرين، قامت شركة ماين ميتال المحدودة، وشركة إيست كاو، وشركة هانيويل الدولية والشركات الأوروبية والأمريكية بالانتقال من إعداد المعدن عالي النقاء إلى مرحلة تطوير التصنيع وتطبيق المواد الجديدة، تحت عملية عالية الطلب تبلغ 7 نانومتر توفر الدوائر المتكاملة وأجهزة اتصالات 5G والأجهزة عالية الطاقة وأجهزة الاستشعار الذكية وذاكرة الحالة الصلبة وغيرها من منتجات المعلومات الإلكترونية المتقدمة المواد الأساسية الداعمة. إن شركات تصنيع المعادن الأرضية النادرة والمواد المستهدفة ذات النقاء العالي المشهورة عالميًا هي بشكل رئيسي شركة Japan Toscao Corporation وشركة Honeywell International Corporation وغيرها من شركات Fortune 500. تشمل شركات تصنيع المعادن الأرضية النادرة والمواد المستهدفة عالية النقاء في الصين بشكل رئيسي شركة Zhongyan Rare Earth New Materials Co., Ltd.، ومعهد هونان لأبحاث المواد المعدنية الأرضية النادرة، وما إلى ذلك. ولا تزال هناك فجوات في الابتكار التكنولوجي، والمعدات المتقدمة، والأبحاث الأساسية المتطورة. وجوانب أخرى. في الوقت الحاضر، اخترقت الصين تكنولوجيا إعداد المعادن الأرضية النادرة فائقة النقاء، ولكن لا تزال هناك مسافة معينة لتحقيق التصنيع وضمان تطوير الدوائر المتكاملة وصناعة المعلومات الإلكترونية الأخرى.

3. الصعوبات والتحديات في تطوير المواد الوظيفية الأرضية النادرة

بناءً على الحالة البحثية المذكورة أعلاه للمواد الوظيفية الأرضية النادرة، يمكن العثور على أن موارد الأرض النادرة، باعتبارها موارد استراتيجية عالمية نادرة غير متجددة، كانت دائمًا أحد بؤرة الاهتمام العالمي. منذ الاحتكاك التجاري بين الصين والولايات المتحدة، أصبحت الأتربة النادرة والمواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة هي "الكلمات الرئيسية" التي غالبًا ما تذكرها وسائل الإعلام المحلية والأجنبية. والسبب هو أن هيمنة سلسلة صناعة المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة والأتربة النادرة في الصين وسرعة تطوير تكنولوجيا المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة تثير قلق الولايات المتحدة. على الرغم من أن موارد الأرض النادرة في الصين وتعدينها وتقنيات الاختيار والصهر تحتل مواقع رائدة في العالم، ولديها أيضًا سلسلة من التقنيات الأصلية، إلا أنها لا تزال تواجه العديد من الصعوبات والتحديات في تطوير المواد الوظيفية الأرضية النادرة.

المواد الأرضية النادرة ذات التحديات الخارجية، تأتي بشكل رئيسي من الولايات المتحدة إلى "نظام قوه + المعسكر العالمي"، في محاولة لطريقة "الفصل الشامل" للتخلص من الاعتماد على منتجات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة في الصين، وفي نفس الوقت تحريض الدول الأخرى للتخلي عن تطبيق المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة في الصين، لاحتواء وكبح التطور السريع لعلوم وتكنولوجيا الأرض النادرة وصناعة التطبيقات في بلدنا. من ناحية أخرى، في مجالات التطبيق المتوسطة والنهائية للمواد الوظيفية الأرضية النادرة، فإن معظم أعمال البحث والتطوير في الصين تتم في حالة أساليب التكنولوجيا الأجنبية الرائدة. على الرغم من أن طلبات براءات الاختراع الخاصة بالمواد الأرضية النادرة في بلدنا ترتفع بسرعة في السنوات الأخيرة، إلا أن الغالبية العظمى منها تنتمي إلى براءات الاختراع المحسنة أو براءات الاختراع المتطورة، ولديها حقوق الملكية الفكرية المستقلة الأساسية، وخاصة براءة الاختراع الدولية الأصلية، والعديد من التكنولوجيا الأساسية بسبب الحواجز التقنية لبراءات الاختراع الأجنبية، أثرت بشكل خطير على الجودة العالية لتطوير صناعة الأتربة النادرة وتدويلها.

التحديات الداخلية للمواد الأرضية النادرة الوظيفية تأتي بشكل رئيسي من أوجه القصور الأساسية في صناعة الأتربة النادرة وعدم كفاية الاهتمام بـ "تشكيل لوحة طويلة"؛ تفضل الشركات والمؤسسات البحثية دعم البحث قصير المدى وتقنيات التقليد، وعدم كفاية الدعم للتقنيات الأصلية التي تواجه صعوبة كبيرة في التطوير، وتكلفة تطوير عالية ودورة اختراق تكنولوجي طويلة؛ هناك حاجة إلى تعزيز قدرات البحث والتطوير التعاونية متعددة التخصصات وعبر الصناعات في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة. وفي التحليل النهائي، فإن قدرة الصين الأصلية على الابتكار غير كافية، والقدرة على التحكم في التكنولوجيا الأساسية للمواد الوظيفية الأرضية النادرة ضعيفة.

لذلك، بالتركيز على تطوير المواد الوظيفية الأرضية النادرة في عام 2035، ينبغي إيلاء المزيد من الاهتمام لبناء الابتكار المستقل لقدرة المواد الوظيفية الأرضية النادرة من منظور العولمة، بما في ذلك التحكم في التقنيات الأساسية والتعلم والتكامل مع التقنيات العالمية المتقدمة، فضلاً عن مزايا الصناعة الوظيفية للأتربة النادرة وأصبحت أكبر وأقوى.

4. المواد الأرضية النادرة الوظيفية في أفكار التطوير المستقبلية واتجاهات التطوير الرئيسية وأهداف التطوير

(1) أفكار تنموية

متكاملة بشكل وثيق مع الاستراتيجيات الوطنية، جنبا إلى جنب مع سيناريوهات التطبيق المستقبلية مثل الروبوتات الذكية، والمدن الذكية، وتطوير المحيطات والنجوم، ومجتمع البيانات الضخمة والالتحام بين الإنسان والآلة، والتركيز على هندسة وتصنيع أبحاث التكنولوجيا الرئيسية، والسعي لتحقيق اختراقات في تكنولوجيا التحضير الأساسية، ومعدات الإنتاج الذكية، وأدوات الاختبار الخاصة وتكنولوجيا تطبيقها للمواد الوظيفية الأرضية النادرة المتقدمة، والمواد الانارة الأرضية النادرة، والمواد الحفزية الأرضية النادرة، والمواد التحفيزية الأرضية النادرة، والمواد البلورية الأرضية النادرة، والمعادن الأرضية النادرة عالية النقاء والهدف مواد؛ من خلال الابتكار المتزامن للسلسلة الصناعية بأكملها، سنعزز تعزيز وتنفيذ الإنجازات المتقدمة، لضمان الإمداد الفعال بالمواد الأساسية للاحتياجات الاستراتيجية الرئيسية مثل الصناعات الاستراتيجية الناشئة، والدفاع الوطني، والتصنيع الذكي، وأخيرًا، تحقيق الاستقلالية توريد المواد الوظيفية الأرضية النادرة التطبيقية المتطورة؛ إجراء النظريات الأساسية الحدودية والأبحاث التجريبية، من خلال الاستكشاف المتعمق وتراكم الأسئلة العلمية، واقتراح المزيد من النظريات الأصلية، وإجراء اكتشافات أصلية، والحصول على مجموعة من المواد الأرضية النادرة الجديدة والتطبيق الجديد للنتائج الأصلية؛ لتحقيق التحول الاستراتيجي للصين من قوة أرضية نادرة إلى قوة أرضية نادرة، لقيادة التطوير المستقبلي لتكنولوجيا وصناعة الأرض النادرة، لتقديم الدعم المادي لتحقيق الهدف الاستراتيجي للصين المتمثل في "التصنيف بين طليعة الدول المبتكرة" بحلول عام 2035".

(2) اتجاه التطوير الرئيسي

1. التقنيات الرئيسية لإعداد مواد المغناطيس الدائم للأتربة النادرة فائقة الأداء والاستخدام الفعال والمتوازن للأتربة النادرة

في ضوء المجتمع الذكي المستقبلي مع الأداء المغناطيسي العالي لمواد المغناطيس الدائم والتكنولوجيا والمعدات الجديدة لمتطلبات تنوع وظيفة مادة المغناطيس الدائم، والجمع بين تحديث المعرفة والقانون التاريخي للتغير التكنولوجي، والتطور الحالي للأرض النادرة عالية الأداء المواد المغناطيسية الدائمة صقل الحبوب وتحسين الحدود للتكنولوجيات الرئيسية مثل الفهم، لصياغة محتوى التطوير الرئيسي.

(1)مواد المغناطيس الدائم NdFeB: التركيز على تكنولوجيا تحضير NdFeB الملبد ذو الأداء الشامل العالي، والبحث عن آلية نشر الحدود البلورية للأرض النادرة الثقيلة في مغناطيس NdFeB الملبد، والبحث عن تكنولوجيا استرداد NdFeB الملبدة وتطبيقها، وتكنولوجيا التنبؤ بأداء الخدمة ونظرية مغناطيس ندفيب متكلس، الخ.

(2)مواد المغناطيس الدائم لكوبالت السماريوم: التركيز على آلية التنظيم العنصري لمغناطيس كوبالت السماريوم المتبقي العالي، وتنظيم البنية النانوية ومكونات المناطق الدقيقة في الإعداد الهندسي للمغناطيس الدائم لكوبالت السماريوم عالي الأداء، والبحث عن تكنولوجيا مضادات الأكسدة لكوبالت السماريوم عند مستويات عالية استخدام درجة الحرارة، وتكنولوجيا حماية السطح للمغناطيس الدائم لكوبالت السماريوم ذو درجة الحرارة العالية، وما إلى ذلك.

(3)مواد المغناطيس الدائم بالضغط الحراري: التركيز على البحث في آلية تشكيل متباين الخواص للحلقة المغناطيسية ذات الضغط الساخن الرقيقة الجدار، والبحث في تكنولوجيا تحضير المسحوق المغناطيسي عالي الأداء للحلقة المغناطيسية بالضغط الساخن، وتكنولوجيا التحضير وتطبيق حلقة المغناطيس الدائم ذات الضغط الساخن عالية الأداء ، معدات الإعداد الهندسي وتطوير تكنولوجيا العمليات للحلقة المغناطيسية ذات الضغط الساخن عالية الأداء، وما إلى ذلك.

(4) مواد المغناطيس الدائم ذات الوفرة العالية: التركيز على الاستخدام المتوازن للتربة النادرة ذات الوفرة العالية (La، Ce، إلخ.) في مواد المغناطيس الدائم، وآلية هيكل مغناطيس السيريوم ثنائي الطور الرئيسي وتكنولوجيا تحسين القوة القسرية.

(5) الجمع بين جينات المواد والتعلم الآلي، وتنفيذ التصميم الهيكلي وحساب أداء المواد الوظيفية المغناطيسية، واستكشاف النظام الجديد والبنية الجديدة للمواد لمؤشرات الأداء الرئيسية لمنتج الطاقة المغناطيسية العالي والقسري العالي للجيل الأول من المواد الأرضية النادرة المغناطيسية الدائمة.

(6) وفقًا لخصائص المواد الوظيفية المغناطيسية، دراسة المبادئ الجديدة والمعدات الجديدة للاختبار والاختبار، والتخلص تدريجيًا من اعتماد معدات التحليل والاختبار على الدول الأجنبية.

2. مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة الجديدة والتقنيات الرئيسية للتطبيق المخصص

في ظل الاتجاه العام للاقتصاد منخفض الكربون الذي يجتاح العالم، تهتم الدول في جميع أنحاء العالم بحماية البيئة والانبعاثات الكربونية المنخفضة كمجالات علمية وتكنولوجية رئيسية. تشمل محتويات التطوير الرئيسية ما يلي: تطوير النقل الذكي بالسكك الحديدية ونظام التصنيع الصناعي الذكي؛ تطوير المواد المغناطيسية الدائمة ونظام الطاقة المغناطيسية مع تكنولوجيا تعليق المغناطيس الدائم ونقل التيار الدوامي المغناطيسي الدائم؛ تطوير مواد مغناطيسية دائمة أرضية نادرة ذات مقاومة عالية للتآكل، مولد دفع مباشر بمغناطيس دائم مع بيئة للتآكل البحري؛ تطوير مواد مغناطيسية دائمة ذات طاقة مغناطيسية عالية وقوة قسرية عالية وتصغير ودقة عالية لسيناريوهات التطبيق مثل الروبوت والمدينة الذكية.

2. المواد الأرضية النادرة المضيئة المتطورة وتقنيات ومعدات تحضيرها الرئيسية

مع تزايد الطلب على جودة مصدر الضوء في سوق إضاءة أشباه الموصلات، من الضروري التركيز على تطوير المواد الأرضية النادرة الباعثة للضوء وتقنيات ومعدات إعدادها الرئيسية لتلبية التطبيقات في مجالات الإضاءة والعرض. والكشف عن المعلومات. تتضمن محتويات التطوير الرئيسية ما يلي: اختراق رئيسي للمواد الأرضية النادرة الجديدة المضيئة مثل الانبعاثات غير المرئية وانبعاثات التحويل؛ تطوير النظرية والأساليب التقنية لتعزيز كفاءة انبعاث الأشعة تحت الحمراء تحت الضوء البنفسجي؛ تطوير مواد ذات انبعاث نطاق ضيق عالي الكفاءة، وانبعاث أخضر وأحمر عالي النقاء؛ تصميم وتطوير نظام مواد جديد مع حقوق ملكية فكرية مستقلة باستخدام مبدأ التوافق الهيكلي واستبدال الملكية المتساوية، وتنفيذ التصميم الهيكلي بناءً على مواد عالية الإنتاجية للحصول على سلسلة من المواد الانارة الأرضية النادرة الجديدة.

4. تكنولوجيا التحضير الرئيسية للمواد الحفزية الأرضية النادرة

المواد المحفزة الأرضية النادرة هي مواد عالية التقنية تعزز الاستخدام المكثف للعناصر الأرضية النادرة عالية الوفرة والخفيفة اللانثانوم والسيريوم، وتخفف بشكل فعال وتحل اختلال التوازن في استهلاك الأتربة النادرة في الصين، وتحسن تكنولوجيا الطاقة والبيئة، وتعزز سبل عيش الناس، وتحسين البيئة المعيشية للإنسان. تشمل محتويات التطوير الرئيسية ما يلي: تطوير مواد محفزة أتربة نادرة بتروكيماوية عالية الكفاءة وموفرة للطاقة وطويلة العمر، ومواد محفزة أتربة نادرة اصطناعية تعمل بالطاقة النظيفة، ومكافحة تلوث عوادم السيارات، ومكافحة تلوث انبعاثات العوادم الصناعية للمواد المحفزة الأرضية النادرة والعناصر الأساسية. تقنيات التصنيع؛ التركيز على تطوير التقنيات الرئيسية للتجميع الجزيئي لقفص النانو وإعداد مواد الزركونيوم السيريوم ذات مساحة سطح محددة عالية، وتطوير مواد تحفيزية أرضية نادرة فائقة الأداء، وتطبيق واسع النطاق في أجزاء التنقية التحفيزية الأرضية النادرة الفعالة ذات المصدر الثابت والمتنقل نظام عادم المصدر لتحقيق التوطين.

5. المواد البلورية الأرضية النادرة المتقدمة وتكنولوجيا تحضيرها الصناعي

تُستخدم مواد الكريستال الأرضية النادرة على نطاق واسع في الدفاع الوطني والأجهزة العلمية المتطورة والعلاج الطبي والكشف والتفتيش الأمني ​​وغيرها من المجالات. تعتبر المواد البلورية الأرضية النادرة وتكنولوجيا تحضيرها الصناعي هي اتجاه التطوير الرئيسي في المستقبل

يتضمن اتجاه التطوير الرئيسي لبلورات الليزر الأرضية النادرة ما يلي: تطوير تكنولوجيا ومعدات نمو وتجهيز بلورات الليزر الأرضية النادرة ذات الحجم الكبير والجودة العالية؛

تطوير تكنولوجيا تحضير فعالة لألياف الليزر وألياف الليزر الأرضية النادرة عالية الجودة؛ مختلف تقنيات تطبيق الليزر الجديدة القائمة على بلورات الليزر الأرضية النادرة.

6. تكنولوجيا تحضير المعادن الأرضية النادرة عالية النقاء والأهداف

يعد الجيل الجديد من إلكترونيات المعلومات ومواد الطاقة هي اتجاهات التطبيق الرئيسية للمعادن الأرضية النادرة عالية النقاء والمنتجات المستهدفة. في المستقبل، تشمل اتجاهات البحث والتطوير الرئيسية للمواد المعدنية الأرضية النادرة عالية النقاء ما يلي: مواصلة تحسين نقاء المعادن الأرضية النادرة إلى أعلى من 4N5 (99.995%)، وتطوير إعداد منخفض التكلفة وواسع النطاق للمعادن الأرضية النادرة فائقة النقاء. التكنولوجيا لتوفير المواد الخام الرئيسية لتطوير هدف الأرض النادرة عالية النقاء؛ تطوير عملية التحكم في التنقية الدقيقة ومعدات التنقية الكبيرة ذات الفراغ العالي مثل فرن المساحة الكبيرة وفرن التنقية البلوري المفرد؛ تطوير تكنولوجيا التحليل والكشف عن الشوائب النادرة في المعادن الأرضية النادرة فائقة النقاء والمواد المستهدفة.

(3) الأهداف التنموية

هدف 1.2025: استكمال انتقال صناعة العناصر الأرضية النادرة من المتابعة إلى التشغيل والتشغيل

وبحلول عام 2025، ستصبح دولة قوية في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة. لجيل جديد من تكنولوجيا المعلومات، وسائل النقل الحديثة، جيل جديد من الإضاءة والعرض، الحفاظ على الطاقة، حماية البيئة، الدوائر المتكاملة، الطب البيولوجي، الدفاع الوطني، احتياجات التنمية الكبرى، الماجستير الأولي مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة للمواد المغناطيسية الأرضية النادرة والتكنولوجيا الأساسية الرئيسية لمعدات التصنيع، ومركبات الطاقة الجديدة، والفضاء، والمحركات المؤازرة الصناعية وغيرها من تطبيقات المواد المغناطيسية المتطورة، وصل معدل نجاح توليد المواد المغناطيسية الأرضية النادرة إلى 70٪. اختراق دفعة وتقنية التحضير المستقرة للمواد الأرضية النادرة المضيئة، وزيادة معدل التوطين إلى أكثر من 80٪؛ اختراق تكنولوجيا التحضير الرئيسية للمواد الوظيفية الأرضية النادرة الجديدة مثل المواد البلورية الأرضية النادرة عالية الأداء والمعادن الأرضية النادرة عالية النقاء والمواد المستهدفة، وتلبية متطلبات المعدات الطبية المتطورة، والكشف الذكي، والدوائر المتكاملة، وما إلى ذلك، استبدال الاستيراد جزئيًا؛ تطوير مواد وظيفية أرضية نادرة جديدة وتكنولوجيا تحضيرها، وتوسيع مجالات التطبيق الجديدة. بحلول عام 2025، ستتقن الصين عددًا من التقنيات الأساسية الرئيسية للمواد الأرضية النادرة الرئيسية الجديدة، وستشكل عددًا من الشركات متعددة الجنسيات والتجمعات الصناعية ذات القدرة التنافسية الدولية القوية في المجالات التنافسية. سيتم تعزيز مكانتنا في سلسلة القيمة الصناعية العالمية بشكل كبير، وسيتم الانتهاء من انتقال صناعة الأتربة النادرة من المتابعة إلى التشغيل.

هدف 2.2030: تحويل الصين في البداية إلى قوة عالمية نادرة

بحلول عام 2030، في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة، سيتم تحسين القدرة على الابتكار بشكل كبير، ويمكنها قيادة البحث العالمي والتطوير الصناعي للمواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة، وتحقيق الهدف في البداية المتمثل في أن تصبح صناعة أتربة نادرة عالمية. مغناطيس دائم فائق الأداء في الروبوتات، والمعدات الطبية، والفضاء، وإنترنت الأشياء، والسفن، والبتروكيماويات وغيرها من المعدات الرئيسية والتطبيقات الهندسية، وإتقان حقوق الملكية الفكرية المستقلة للمواد المغناطيسية الأرضية النادرة ومعدات التصنيع، ومركبات الطاقة الجديدة، والملاحة 042 الفضاء الجوي، المحركات المؤازرة الصناعية وغيرها من تطبيقات المواد المغناطيسية المتطورة، وصل معدل نجاح استبدال المواد المغناطيسية الأرضية النادرة إلى 80٪.

3. هدف 2035: بناء قوة عالمية أرضية نادرة

بحلول عام 2035، سيتم تحقيق اختراقات كبيرة في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وسيتم تحسين القدرة على الابتكار بشكل كبير. سيصل مستوى الابتكار الشامل في مجال المواد الأرضية النادرة الجديدة إلى مصاف الدول على المستوى العالمي، وسيتم تعزيز القدرة التنافسية الشاملة بشكل كبير، وستشكل بعض المزايا قدرة رائدة على الابتكار العالمي، وستبني الصين لتصبح قوة عالمية في وظائف الأرض النادرة. مواد.

وصلت المواد المغناطيسية الدائمة الأرضية النادرة، والمواد الحفزية، والمواد المضيئة إلى المستوى المتقدم الدولي، وحققت الاكتفاء الذاتي الكامل. معدل الاكتفاء الذاتي من البلورات الوظيفية الضوئية والأتربة النادرة فائقة النقاء لتطبيقات الدفاع الوطني أكبر من 95%؛ التقنيات الأساسية الرئيسية وحقوق الملكية الفكرية للمواد المغناطيسية الأرضية النادرة والمواد المغناطيسية المتطورة مثل مركبات الطاقة الجديدة، والدفاع الوطني، والفضاء، والتصنيع الذكي، والرعاية الصحية، والهندسة البحرية، وتشكيل مجموعة من المواد الوظيفية الأرضية النادرة الأصلية، والتي إن حقوق الملكية الفكرية الأصلية لجيل جديد من المواد المغناطيسية الدائمة النادرة تقع في أيدي الصين. وتمثل المعايير التي وضعتها الصين بشكل مستقل أكثر من 30% من المعايير الدولية، ولها صوت في صياغة معايير المواد الراقية؛ تنمية المواهب والفرق المبتكرة من المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وتحقيق وضع التطوير الجديد لقيادة التطبيقات الجديدة بواسطة المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وإنشاء نظام ابتكار تكنولوجي ونظام صناعي رائد عالميًا لتوفير منصة للتكنولوجيات الأصلية.

4. اقتراح السياسة

تعمل استراتيجية تطوير المواد الأرضية النادرة لعام 2035 على تسريع بناء نمط تطوير جديد للابتكار العلمي والتكنولوجي للمواد الوظيفية الأرضية النادرة، وتحسين الموارد العلمية والتكنولوجية والموارد البشرية في المناطق المهيمنة على الأرض النادرة، وتوطيد "المجلس الطويل" "ميزة في مجال الأتربة النادرة. يجب أن نسعى جاهدين لتحسين القدرة على الابتكار الأصلي، وهندسة الحجم والقدرة على الإنجاز، وتعزيز التصنيع الأخضر للمواد الوظيفية الأرضية النادرة، والتطوير بقوة لتلبية التطبيقات المتطورة مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة للمغناطيس الأرضي النادر عالي الأداء والضوء والكهرباء و غيرها من المواد الوظيفية الجديدة وتكنولوجيا التطبيقات، وإنشاء المواد الأرضية النادرة المتقدمة في الصين "مع" منصة الابتكار، وبناء المواد الأرضية النادرة وتطبيق سلسلة الصناعة الاقتصادية منخفضة الكربون، التي تم تشكيلها مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة في الصين للصناعات الاستراتيجية للمواد الأرضية النادرة عالية الأداء، تدريجيًا تحقيق الطاقة الإنتاجية الأرضية النادرة نحو الطاقة الأرضية النادرة. يوصى بسياسات وتدابير محددة على النحو التالي:

(1) تعزيز قدرة أبحاث التنبؤ الاستراتيجي ودعم السياسات في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة على المستوى الوطني

أولا، الإسراع في إنشاء نظام للملكية الفكرية ونظام تكنولوجي ونظام للمواهب ونظام منصة للمواد الأرضية النادرة المنسقة على المستوى الوطني.

ثانيا، تعزيز استمرارية واستمرارية تنفيذ الخطة المتوسطة والطويلة الأجل في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وتشكيل دعم حكومي طويل الأجل ومستقر وتجنب الدعم المتقطع.

ثالثا، تعزيز الوعي بحماية الملكية الفكرية في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة، وتحسين النظام القانوني وآلية تنفيذ حماية الملكية الفكرية، وتعزيز وتنفيذ التدابير التحفيزية لأنشطة الابتكار للمخترعين العاملين، وتحفيز الزخم الداخلي وظهور التقنيات المبتكرة للمواد الوظيفية الأرضية النادرة وصناعاتها.

(2) تعزيز دعم فريق ميزة الأرض النادرة وبناء تدرج المواهب، وتحسين القدرة على الابتكار المستدام للمواد الوظيفية الأرضية النادرة

أولاً، سنقدم دعمًا مستقرًا وطويل الأمد للمؤسسات والفرق البحثية التنافسية في مجال مزايا الأرض النادرة، وسننشئ قواعد منصة وطنية للابتكار العلمي والتكنولوجي للمواد الوظيفية الأرضية النادرة على مستويات مختلفة في أقرب وقت ممكن.

ثانيا، إفساح المجال كاملا لدور الخبراء الشباب ومتوسطي العمر في بناء مستوى المواهب لتجنب أخطاء المواهب وإهدار موارد المواهب.

ثالثا، التركيز على تدريب الفنيين الشباب والفنيين المتفرغين في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة. بالنسبة للمواهب التقنية المتميزة، يمكن تخفيف عتبة سياسة التقييم بشكل مناسب، وطالما أنها تقدم مساهمات، فإن لديها الفرصة لتحقيق القيمة الشخصية، بحيث يمكن تعزيز المواهب الرائدة في أنشطة البحث العلمي والابتكار والظهور التلقائي.

(3) تعزيز التعاون الدولي في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة وتعزيز القدرة التنافسية العالمية للصين في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة

أولا، في البيئة الدولية الحالية، ينبغي استغلال الفرص المختلفة لإجراء تبادل دولي للموظفين وتبادل المعلومات المتعلقة بعلوم وتكنولوجيا الأرض النادرة؛ يجب على قسم الإدارة محاولة تسهيل التبادل العلمي والتكنولوجي الدولي، وتخفيف حد الباحثين لحضور المؤتمرات الأكاديمية والتبادلات الفنية، وتجنب البحث والتطوير الفني "للانسداد الذاتي" الناجم عن المصالح المحلية والإدارية.

ثانيًا، وفقًا للوضع الحالي في الداخل والخارج، مع تعزيز التداول الداخلي في مجال المواد الوظيفية الأرضية النادرة المحلية، يجب أن نسعى جاهدين لتوسيع السوق الدولية الجديدة وتوسيع التداول الخارجي الدولي. من ناحية، تعزيز مستوى الانفتاح على العالم الخارجي، والاحتفاظ وخلق الظروف لإدخال مؤسسات التطبيقات المتطورة للمواد الأرضية النادرة الجديدة، وتشكيل وإنشاء نمط جديد لصناعة المواد الأرضية النادرة الجديدة العالمية و مجتمع تكنولوجيا الأرض النادرة. ومن ناحية أخرى، التخفيف بشكل معتدل من استيراد المواد الخام الأرضية النادرة لتقليل ضغط حماية البيئة المحلية واستهلاك الموارد؛ في الوقت نفسه، تشجيع شركات الأتربة النادرة الصينية على الخروج والاستحواذ وشراء الأسهم وإنشاء مواد جديدة للأرض النادرة مثل محرك مؤازر الروبوت ومحرك قيادة السيارة الكهربائية. ستعمل الشركات المفيدة لمنتجات التطبيقات عالية التقنية على تحسين الأعمال التجارية والعلمية وبيئة التطوير التكنولوجي في الداخل والخارج، وذلك لتعزيز القدرة التنافسية العالمية لسلسلة صناعة المواد الوظيفية الأرضية النادرة وسلسلة التوريد في الصين.