近年来，石墨烯与二维材料产业正在经历一轮明显的结构性转折。从早期的概念驱动与园区扩张，到如今强调高质量制备与应用落地，行业逻辑已经发生深刻变化。
近日，彭练矛院士团队围绕石墨烯“如何从实验室走向规模化制造”这一关键问题展开，系统分析了材料结构特征、制备路线演进、质量控制难点以及未来应用突破方向。研究人员强调，石墨烯产业当前所面临的根本矛盾，不是“有没有材料”，而是“材料质量是否可控、是否稳定、是否满足高端器件标准”。这一判断，为理解当前行业所处阶段提供了重要框架。
回顾过去十余年发展路径可以发现，石墨烯产业曾经历明显的“技术热潮期”。诺奖效应带动全球科研力量迅速涌入，论文与专利数量快速增长，我国在公开发表数量上位居前列。然而，科研突破并未同步转化为高附加值产业能力。大量企业布局集中在导电浆料、涂层、防腐材料、导热膜等领域，产品多以粉体或分散液形态存在，技术门槛相对有限，竞争格局分散。这一阶段的特征是“材料存在感强，系统价值感弱”，石墨烯更多作为添加剂改善性能，而非决定性核心材料。
石墨烯并非单一形态，不同层数、缺陷密度、晶粒尺寸、氧含量都会带来显著性能差异。当前市场上所谓“石墨烯材料”往往涵盖多层石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等多种形态，性能区间跨度极大。在缺乏统一标准体系的背景下，下游应用企业难以建立稳定质量预期，成为产业进一步升级的重要制约因素。因此，行业竞争正在从产能规模转向质量控制能力与标准制定能力。
从制备路线看，化学气相沉积（CVD）依然是高质量单层石墨烯的核心路径。其优势在于可以获得大面积、连续性较好的薄膜，但成本、转移工艺和一致性控制仍然是工程难点。近年来国内外科研团队持续推进晶圆级生长技术，铜箔表面晶向控制、低缺陷转移工艺、直接生长于绝缘衬底等方向取得实质进展。产业层面，设备能力逐渐成为竞争焦点，谁能够实现稳定批量输出，谁就具备进入高端应用的门槛。
与此同时，二维材料体系正在从单一石墨烯向多元结构扩展。过渡金属硫化物、六方氮化硼、黑磷、MXene等材料不断被纳入研究与产业探索范围。其意义在于补足石墨烯无带隙的结构缺陷，使二维材料真正具备进入半导体器件体系的可能性。国际上围绕二维半导体晶体管、柔性逻辑器件、低功耗电子器件的研究持续推进。尽管距离大规模替代硅基技术仍有距离，但二维材料已被视为后硅时代的重要技术储备方向。
在应用端，新能源与电子领域仍然是石墨烯最现实的产业出口。在锂离子电池体系中，石墨烯主要发挥导电网络构建和结构强化作用。其高比表面积与高导电性有助于改善电极极化问题，提升倍率性能和循环稳定性。尤其是在硅碳负极体系中，二维碳材料可以缓解体积膨胀带来的结构破裂风险。尽管石墨烯并非唯一解决路径，但其在导电增强与界面调控方面具有独特优势。国内部分企业已形成百吨级乃至更高规模生产能力，但整体仍以功能增强材料为主，尚未形成颠覆性产品形态。
在热管理与导热领域，石墨烯薄膜与复合材料应用逐步进入消费电子产品。智能终端对散热提出更高要求，超薄导热膜成为关键部件之一。石墨烯因其高面内热导率受到关注。近年来，围绕高取向石墨烯薄膜与石墨基复合导热材料的产业化尝试不断推进。这一方向更强调工艺整合能力，而非单纯材料性能。换言之，材料指标必须与系统设计协同，才能形成稳定市场空间。
值得注意的是，行业正在进入分化阶段。低端粉体材料企业面临价格竞争压力，技术门槛难以显著提高；具备应用开发能力的企业开始与下游形成联合开发模式，强调定制化解决方案；而真正聚焦高质量单晶石墨烯及半导体级二维材料的企业，则需要长周期投入与严格工艺控制。
从产业链视角看，上游石墨资源并非决定性因素，核心壁垒集中在中游制备工艺与下游系统整合。设备能力、工艺稳定性、缺陷控制技术构成关键竞争节点。标准体系建设同样重要，只有建立可量化、可追溯的质量评价体系，二维材料才能真正进入电子级应用场景。
综合来看，石墨烯产业已经走出早期的概念扩张阶段，进入强调制造深度与应用验证的现实主义阶段。未来十年，二维材料不太可能形成单一材料垄断格局，而更可能构建一个“材料平台体系”。石墨烯在导电、导热领域保持优势，过渡金属硫化物承担半导体功能，氮化硼发挥绝缘与界面调控作用，多材料协同将成为常态。
石墨烯不再是神话材料，它正在成为高性能工程材料的一部分。二维材料产业的未来，也将取决于谁能够把实验室成果转化为可重复、可规模化的制造能力。产业逻辑已经发生变化，真正的竞争才刚刚开始。
原文：Cite this article as: Zhang, K., Gao, N.,Zhang, J. et al. Boosting carbon nanotube transistors through γ-ray irradiation. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68673-0
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