石墨烯赋能未来产业——“十五五”新材料规划与石墨烯发展路径

新材料是我国建设制造强国、发展新质生产力的核心先导产业。作为目前已知最薄、力学强度最高且具备卓越导电与导热性能的新型纳米材料，石墨烯被誉为“新材料之王”。其应用领域正从消费电子、新能源迅速延伸至生物医疗、航空航天等前沿产业，展现出广阔的产业化前景，一个万亿级市场蓝海正在加速形成。

“十四五” 时期是我国由材料大国向材料强国跨越的关键跃升阶段。据7月12日《新闻联播》专题报道，我国新材料产业已经建成全球门类最齐全、规模第一的材料产业体系，产业总产值接近10万亿元，已有100多种新材料量产水平位居全球前列；今年以来，累计超过 550 亿元新材料产品实现市场落地，石墨烯就是其中重要组成部分。

我国新材料产业重点领域密集取得原创性成果突破，惠及高端制造、人工智能等关键产业，成为培育新质生产力的重要引擎。在关键材料领域，高性能碳纤维复合材料全球首次应用于商业化运营地铁列车车体等主承载结构，实现整车减重 11%、每列每年减排约130吨二氧化碳；高温合金单晶叶片实现自主可控，破解“卡脖子”难题；化工新材料领域的高端聚烯烃等取得多项重大突破，自主可控水平得到提升；半导体新材料方面，大硅片、第三代半导体材料本土化进程持续加快。同时，创新平台与产业集聚建设稳步推进，材料基因组、增材制造应用不断深化，国家级创新平台建设成效显著，培育形成若干特色产业集群，产业链协同能力进一步提升。

但产业发展同时暴露出一些突出问题：顶层设计不足，产业的技术牵引端缺乏有效的顶层整合或重点布局；行业重复建设严重，交叉错位不清，内耗式竞争严重；地域性产业布局过于分散，缺乏上下游之间整合配套，发散式发展带来资源内耗。

针对上述问题，未来新材料产业发展应强化顶层统筹规划，推动集群化、特色化发展；鼓励区域间协同、产业链上下游协同，推动重大领域创新资源集聚与数据整合；鼓励新材料园区立足本地应用需求打造全链条产业集群；地方产业坚持优中扶强，规避同质化竞争；全面提升产业链自主可控能力，塑造国际竞争优势。

2026年，美国、英国相继推动科研体系重大变革。美国白宫发布报告《科学：新黄金时代》，宣告“布什线性创新路径已断裂”，提出科研体系呈现四大战略转向：科研资助重心由传统机构转向个人；评审机制由单一同行评议升级为多元竞争评议；科研组织由常设机构转向敏捷任务制，任务完成即解散；科研模式由传统人类试错研发升级为 AI 驱动的科学发现，将 AI 嵌入科研全链条。

英国新政府撤销科学创新与技术部，并入商业部门，核心导向是推动科研深度融入产业体系。

美英等国科研体制转向的本质就是，从自由探索转向服务国家战略，科学发展模式由“放开手 变为“攥紧拳”；科研主导力量从大学主导转向产业驱动，科研资助更多流向企业实验室与国家级 AI 平台；竞争逻辑也从人才的比拼转向算力、数据与 AI 的综合较量，评价标准从看重论文产出转变为更加注重国家战略价值。

全球新材料产业竞争进入新阶段：AI 赋能材料研发，研发范式从传统试错走向材料精准设计；美欧日韩均将新材料作为国家科技竞争重要抓手，高度重视供应链安全与本土化供给。

“十五五”规划纲要中，提及新材料相关内容达20 余处，将新材料作为构筑新质生产力和实现产业基础高级化的核心先导产业，是国家安全的“压舱石”与未来产业的“发动机”，与集成电路、工业软件并列为国家安全重点领域。我国新材料产业将从“跟跑并跑”迈向 “并跑与领跑”的新阶段，到 2030 年关键战略材料综合保障能力将不低于 80%。

面向2035年科技强国建设，新材料领域要实现六大发展目标：一是形成强大的基础研究与原始创新能力，持续产出重大原创性、颠覆性科技成果；二是打造强大的关键核心技术攻关能力，有力保障高质量发展和高水平安全；三是构建强大的国际影响力与引领力，成为世界重要科学中心和创新高地；四是形成强大的高水平科技人才培养和集聚能力，不断壮大国际顶尖科技人才队伍和国家战略科技力量；五是塑造强大的科技治理体系和治理能力，形成世界一流的创新生态和科研环境；六是铸就强大的支撑能力，确保高新技术、高端制造、重大工程和未来产业步入全球第一阵营。

石墨烯已经成为中美欧韩博弈的前沿技术高地，彭博社报道，中国有五大领域明显领先于美国，石墨烯是新材料领域唯一上榜方向，其余分别为无人机、高铁、新能源汽车、太阳能电池板。

欧盟将石墨烯列入影响经济安全的十大关键技术清单。截至 2026 年欧盟累计投入约70亿欧元，预计2030年总投入将达到80亿欧元，覆盖电子、生物医学、能源、量子、航空航天十大领域。依托石墨烯旗舰计划，欧盟将搭建包括160 余家企业、30 余个专业中心、3500 多个项目在内的二维材料产业创新生态。

通过长期支持，欧盟在石墨烯领域取得丰硕成果。例如，2025 年完成全球首例石墨烯脑机接口人体临床试验，用于治疗癫痫、帕金森病症，并联合美国完成FDA认证；布局二维材料晶圆，探索后摩尔时代芯片发展路线。欧盟把石墨烯视作“科技霸权种子”，为后硅时代储备底层技术。在 2028—2034 财政框架中，将石墨烯、量子材料、生物基材料作为三大创新集群；设立 200 亿欧元新材料转化基金，首批 12 个项目投向石墨烯；规划打造欧洲石墨烯产业走廊，目标培育 50 家独角兽企业，推动石墨烯器件在全球碳中和解决方案中的市场份额突破15%。

美国侧重于国家科技安全，主要通过“联邦资助+企业主导”模式，布局石墨烯在半导体、能源、国防、航空航天、量子等领域应用技术开发，确保美国在前沿科技的全球领先地位。

截至 2026 年 3 月，美国联邦政府层面对石墨烯的相关资助累计投入达 38 亿美元，支持 3000 余个项目，其中国防部定向合同占比 81%，NASA 也通过航天任务反向牵引材料迭代。2024 年 12 月美国将石墨烯半导体相关技术列入管制清单，中美在石墨烯半导体领域技术合作全面受限。

美国对石墨烯产业的定位已经从替代材料升级为创造性技术平台，电子器件取代能源成为第一大资助方向，重点布局后摩尔时代碳基电子、量子器件、高灵敏度传感器、生物医学等赛道。同时探索石墨烯作为石墨、稀土等战略资源的替代材料，降低关键原材料对外依赖。

我国高度重视石墨烯产业发展，截至目前，我国共出台700多条石墨烯相关政策，石墨烯频频纳入各地“十四五”和“十五五”新材料规划中。

2022年11月，工业和信息化部批复建设国家石墨烯创新中心（宁波），采用 “公司 + 联盟” 运行模式，已经孵化近40 个产业化项目，推动成果向全国各地方产业落地。2023年8月，工业和信息化部、国务院国资委联合印发《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》，石墨烯在列。

我国石墨烯产业已形成专利大国、生产大国、产业化大国的格局。

专利大国：中国石墨烯专利占全球 63% 以上，企业成为创新主体，但存在“量大质弱”、海外专利布局严重不足（PCT 占比不足 2%）的短板。

生产大国：粉体产能 2.1 万吨，占全球市场61%；制备技术大爆发，拥有17种制备方法，将向“1+2+N”格局收敛；“品质—成本—规模”不可能三角正在被打破。

产业化大国：2025年国内市场规模约 500 亿元，近10万家企业，带动100万+人就业；石墨烯正从技术概念期转向产品导入期；短期投资热点集中在电磁防护、散热，未来5年热点是电子与光子器件；面向 2035 年，生物医疗、量子技术将成为长期核心赛道。

我国已经建成从原料、制备装备、石墨烯粉体/薄膜，再到九大下游应用的完整产业链，产业链自主可控程度高。九大应用领域分别为：新能源、电子信息、大健康、节能环保、生物医药、复合材料、航空航天、纺织、美丽乡村与交通工程。

石墨烯在半固态/全固态电池、锂硫电池以及航天储能这些前沿新能源场景拥有广阔的发展空间，我国已经将石墨烯改性半固态电池应用在无人机、低空经济领域中。与此同时欧美国家也在加速布局，美国能源部扶持企业开展三维石墨烯锂硫电池的中试攻关；欧盟借助石墨烯旗舰计划实施 GRAPHERGIA 项目，研发可用于航天场景的石墨烯锂电池和柔性超级电容。当前全球围绕高能量密度、高安全性的新一代储能技术的竞争正在不断升温。

AI大算力芯片功耗持续走高，传统导热硅胶、液态金属存在性能短板。我国一直领跑全球石墨烯散热领域，石墨烯热界面材料实现从横向到垂直导热的关键突破，通过定向工艺构建垂直导热通道，热阻低至 0.04℃·cm²/W，可弹性贴合芯片翘曲表面，消除界面空气间隙。石墨烯热界面材料产品已开始为英伟达、华为、台积电、高通、AMD、英特尔等芯片企业批量供货，未来市场达千亿元规模，为 AI 算力提升、5G 高速传输筑牢热管理屏障，重塑高端芯片散热技术格局。

石墨烯具备超宽光谱响应，覆盖可见光至红外波段，光电转化效率高、载流子迁移率优异，是下一代光子器件核心材料。德国 Black 公司把石墨烯集成硅基芯片，提升芯片信号传输速率；欧盟投入 2 亿欧元扶持企业开发石墨烯光收发器。该赛道被列入我国 “十五五” 和 2035 科技规划重点布局方向。

西班牙 INBRAIN 公司完成全球首例石墨烯脑机接口人体临床试验，持续1年跟踪 4 名受试者，没有观察到材料相关安全风险。石墨烯电极生物相容性好，是癫痫、帕金森、神经类疾病治疗极具潜力的前沿方案。

石墨烯二维材料芯片载流子迁移率可达硅的 10 倍，兼具超高导热、低功耗等突出优势，是后摩尔时代的核心突破方向。当前，中国、美国、欧洲同步实现 8 英寸石墨烯晶圆级小批量量产，在零带隙、表面平整性、薄膜转移等关键技术上取得攻关突破，全球 8 英寸石墨烯晶圆年产能突破 10 万片，碳基芯片发展新纪元加速到来。

美国将石墨烯作为量子材料重点基底，依托其独特的拓扑与 Berry 相物理特性开展量子器件研发，在量子比特、量子传感等前沿方向持续加大科研与工程化投入，试图抢占下一代量子技术竞争先机。石墨烯具备极低的噪声水平与优异的电学可调特性，可有效提升量子器件工作稳定性；基于石墨烯开发的高灵敏度传感器，信号识别精度高、响应速度快，能够实现微量气体检测、人体生理信号采集、微弱射频信号捕捉，有望在工业监测、生命健康、国防探测等场景实现规模化应用。