石墨烯重塑低空生态

严寒中稳定工作、比碳纤维更强韧，曾经只存在于科研论文中的石墨烯技术，如今正在悄然改变无人机行业的游戏规则。

记得去年采访一位无人机行业的资深工程师时，他半开玩笑地说：“我们现在是在戴着镣铐跳舞。”他指的是无人机行业长期以来面临的续航瓶颈和材料限制。没想到，短短一年时间，石墨烯技术的突破已经让这副“镣铐”变得不再那么沉重。

近日，“十五五”规划建议中明确提出，要加强原始创新和关键核心技术攻关，全链条推动先进材料等重点领域取得决定性突破。石墨烯作为典型的“前沿材料”和“先进材料”，正是攻关的核心领域之一。

提起石墨烯，这种比头发丝细百万倍的“神奇材料”，可能很多人并不熟悉。但正是这种拥有独特二维结构和卓越性能的材料，正悄然改变着众多领域——从材料与制造、能源环保，到生物医学、现代农业，甚至一些我们过去未曾设想的领域，都能见到它活跃的身影。

本文拟就石墨烯在低空领域中的应用，展开一些初步探讨。

近年来，石墨烯在性能上不断实现突破，与人工智能、高端制造、生物技术等前沿科技的融合更加紧密，制备成本大幅下降。在政策与资本倾斜下，石墨烯开启了产业化加速度。而低空经济继2024年首次写入政府工作报告后，2025年政府工作报告中再次强调推动商业航天、低空经济等新兴产业安全健康发展。

那么，石墨烯与低空经济的共振，将擦出怎样的火花？

当石墨烯制备进入“高质量时代”

如果时光倒回五年前，任何一个谈论石墨烯产业化应用的人，都可能被贴上“过度乐观”的标签。那时候，如何实现大规模、高质量制备，确实是整个行业发展的困扰。

不过，情况在2025年迎来了转机——中国科学家在羧基化多环芳烃作为固态碳源，化学气相沉积制备石墨烯方面取得了意想不到的进展。说来有趣，这一突破最初源于一个看似简单的发现：羧基官能团通过脱羧反应释放CO₂时，竟能触发布杜阿尔反应，从而显著降低石墨烯的缺陷密度。

这听起来可能有些技术化，简单来说，这意味着我们终于能够以更低的成本生产出更完美的石墨烯。缺陷密度降低，直接提升了芯片良率与可靠性。同时，通过降低缺陷密度，企业能够减少材料浪费和返工成本，从而以更低的成本生产相同数量的合格芯片。低缺陷密度还为芯片设计提供了更大的容错空间，并可延长器件寿命与稳定性。

与此同时，中国科学院院士、BGI院长刘忠范团队与清华大学的合作让我想起了材料科学中的一个经典难题：如何在保持材料轻量的同时提高其导热性？

日前，他们开发的“蒙烯氧化铝粉体”给出了令人惊喜的答案——通过创建“声子高速通道”，石墨烯成功解决了高热导率与轻量化之间的传统矛盾。这种材料的优化，可确保无人机在长时间工作中保持稳定性能。

业内预测，随着石墨烯在电池、结构材料、热管理等领域的渗透，低空经济将加速向绿色、低碳、智能化方向发展。市场规模也有望在2030年突破万亿元，其中石墨烯电池或成为eVTOL与无人机的主流动力源。

石墨烯解锁无人机续航及材料瓶颈

“传统电池的能量密度约为250Wh/kg，不到航空煤油的1/40。”航材院石墨烯新能源材料中心主任燕绍九指出。这一数字道出了电动航空器面临的共同困境——续航能力不足。

石墨烯航空电池的出现正改变这一局面。应用石墨烯等新型材料技术制造的航空电池，相比传统电池能量密度能提升50%以上。这意味着，在相同的体积或质量下，石墨烯航空电池能够存储和释放更多的电能。

但这还不是全部。低温性能是石墨烯电池的另一个突破点。航材院研发的石墨烯超低温锂电池技术可保障用电设备在零下40摄氏度环境下正常工作，能满足低空飞行器高海拔起飞的严苛要求。

这对于高寒地区无人机作业具有重要意义。行业专家形象地比喻，石墨烯正成为航空电池的 “神奇魔法石”。它凭借导电导热性能好、比表面积大等特性，在电池中构建了高效的三维导电网络，极大改善了电池的倍率性能和循环寿命。

2025年在德国欧洲复合材料展上亮相的普洛斯彼罗无人机，展示了石墨烯在结构材料方面的巨大潜力。这架无人机的石墨烯机翼并非简单的材料替代，而是从根本上重新设计了材料体系。

测试结果表明，石墨烯机翼比碳纤维机翼的耐冲击性能强60%。这一数据的背后，是石墨烯作为纳米添加剂，在提高热固性塑料和热塑性塑料的机械强度的同时，还能减轻材料重量的独特能力。

University of Central Lancashire工程创新经理比利·兰格斯表示：“使用石墨烯之后，可以让无人机机翼兼顾高强度和低重量。”

研究人员的最终目的还包括利用石墨烯让航空航天设备免受雷击影响。这一方向展现了石墨烯在多功能复合材料中的应用潜力——它不仅强化结构，还能赋予材料新的功能特性。随着无人机功能的不断增加，其电子系统的热管理问题日益凸显。石墨烯凭借其卓越的热性能，在这一领域展现出独特价值。

刘忠范院士团队的研究成果尤为引人注目。他们开发的蒙烯氧化铝粉体基热界面材料，经ASTMD5470标准测试，其导热率达6.44W·m⁻¹·K⁻¹，显著优于传统氧化铝基热界面材料。在50W LED测试中可使芯片表面温度下降17.7摄氏度。对于集成高功率摄像设备、处理器的专业无人机而言，有效的热管理意味着更稳定的工作性能和更长的使用寿命。

拓展低空经济新边界

性能的提升最终体现在应用场景的拓展上。石墨烯无人机正在开辟以往难以触及的领域。在高寒地区，石墨烯电池的超低温性能使其成为寒区作业、应急救援等场景的理想动力源。

在长距离巡检任务中，石墨烯电池的高能量密度让无人机能够覆盖更广的区域。当前，领先行业的大疆行业级新品，及正泰风光运维等民用工业级无人机的续航能力已突破180分钟，航程可达120公里。

低空经济作为新质生产力的代表，已成为培育发展新动能的重要方向。2024年，多地推出低空经济具体支持政策和行动方案，其中不少方案都提到了研发应用高性能动力电池。

石墨烯无人机正成为低空经济的重要推动力量。有业内专家展望，未来通过石墨烯等新材料的应用，低空经济市场规模有望在2030年突破万亿元。石墨烯电池则有望成为eVTOL和无人机的主流动力源。

在参观了数家无人机制造企业并与行业专家深入交流后，我也有一个深切体会：尽管前景光明，但石墨烯在无人机领域的应用仍面临着一系列不容忽视的挑战。

先说说技术层面的现实情况。目前市场上宣传的航空电池能量密度，距离实际应用所需的400-500Wh/kg门槛还有相当距离。为什么这个数字如此重要？因为只有当能量密度突破400Wh/kg这个分水岭，小型通用飞机才能真正实现商业化运营。

从产业化角度观察，问题可能更为复杂。石墨烯材料的生产成本虽然在下降，但质量一致性仍然是制约其大规模应用的关键因素。我在调研中发现，不同批次的石墨烯材料在性能上仍存在差异，这对于要求高可靠性的航空应用来说是不可接受的。

那么，未来的路径在哪里？

根据我的观察，可能会朝着三个方向发展：

在多功能集成方面，我们或许很快就能看到兼具结构、导电、隔热等多功能一体化的复合材料——这听起来像是科幻，但确实是一些实验室正在攻关的方向。

关于智能化方向，我最近看到的一份专利文件显示，有团队正在研究具有自感知、自诊断能力的智能无人机结构。这意味着未来的无人机可能能够“感受”到自身的损伤并自主调整飞行策略。

而绿色化可能是最容易被忽视却至关重要的方向。随着环保要求的提高，石墨烯制备过程的环境影响将成为不可回避的议题。

说到这里，我不由想起燕绍九主任曾说过的一句话：“我们现在做的，是在为十年后的低空经济铺设基石。”的确，石墨烯与无人机的融合，早已超越单纯的技术升级，它正催生一个全新产业生态的萌芽。这个过程不会一帆风顺，但每一项技术突破，都让未来的轮廓更加清晰、更接近现实。

回望整个过程，石墨烯技术从最初的概念热炒，逐步走向实际应用，到今天，它正在兑现自己十多年前许下的承诺。随着与无人机技术深度融合，石墨烯正从电池、机身，到动力与结构等多方面，重塑无人机的技术体系——一个全新的低空经济生态，也正由此悄然奠基。