十五五热点产业研究报告——新材料之超材料行业深度分析

“十五五”战略风口下，超材料作为一项“结构决定性能”的颠覆性技术，正引领国防装备与高端制造的范式转移，成为新材料产业的核心突破口。这份报告总结了超材料的概念演进过程，从国际、国内两方面概要梳理了超材料的研究进展及发展趋势，从产品类型、应用领域两方面对超材料行业市场进行细分，探讨市场增长的核心逻辑。深度解析超材料产业链，进一步辨识了超材料产业发展面临的挑战。

超材料作为一项“结构决定性能”的颠覆性技术，正引领国防装备与高端制造的范式转移。当前行业已形成“军工主导、民用萌芽”的格局，技术路径分化明确。其中，光启技术凭借其在结构功能一体化超材料上的绝对领先地位，构建了近乎垄断的护城河；佳驰科技与华秦科技则在传统隐身涂层领域深耕，形成了高温与常温细分市场的互补优势。三者技术路线与市场定位迥异，共同构成了中国尖端装备隐身体系的“铁三角”，短期内直接竞争有限，但长期看，光启所代表的颠覆性路径定义了行业的未来方向。

行业概述

从“发现”到“设计”的材料革命

1.1 核心定义与原理

超材料（Metamaterials）是一种通过人工设计的微纳结构来获得自然材料所不具备的超常物理性质（如负折射、完美隐身）的复合材料。其革命性在于，将材料科学从“化学组成”时代推进至“物理结构”时代，实现了从“发现”到“设计”的范式转移。核心原理是“结构决定性能”，通过精确设计亚波长尺度的微结构，实现对电磁波、声波等的主动操控。

其核心特点是“结构决定性能”——通过亚波长尺度（小于电磁波波长）的周期性或非周期性微结构设计，赋予基础材料无法实现的电磁、声学、力学等特性。这意味着，人类可以像编写代码一样，按需“定制”材料的物理响应。例如，与传统隐身涂料依靠吸收雷达波并转化为热能的方式不同，超材料的核心原理是主动导引电磁波绕过目标，从而实现“无影”隐身。这种从被动响应到主动操控的转变，是物理规则应用层面的根本性突破。

超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的一种全新人工复合结构或复合材料，由前苏联科学家维克托·韦谢拉戈于1964年提出。此后，欧美国家掀起了超材料技术研究的高潮。

早期，通过在战斗机、轰炸机表面覆盖超材料蒙皮或涂覆隐身涂料，可吸收对方雷达发出的电磁波，从而缩减雷达反射截面积（RCS），实现隐身效果。

随着超材料技术的发展，以中国光启、美国雷神及洛克希德·马丁为代表的企业，率先实现了二维超材料的量产。通过在战机表面敷贴这类经人工设计的超材料蒙皮，能够对电磁波进行灵活调制与操控，包括吸收、屏蔽、增强或偏转等操作，进一步降低RCS，显著提升飞行器的隐身能力。

2018年，光启的超材料制造技术在原有二维表面超材料蒙皮的基础上，实现了新的突破，生产制造出了超材料航空结构件。其后，光启又在原有二维超表面的基础上，进一步实现了三维立体微纳结构的设计、制造，不仅有效解决了隐身战机的隐身问题，还能够将隐身、传感、航电、结构等融为一体，大幅提升装备性能，这就是光启目前4.0版本的超材料结构件。这是美国竞争对手到目前为止还没有实现的成果。

1.2 发展历程与代际划分

自概念提出至今的近30年发展历程中，超材料已从最初的实验室研究逐步走向产业化应用，其演进过程呈现出明显的阶段性特征。

理论奠基（1964-2000年）：由苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出电磁介质的“双负”猜想概念。1999年，美国得克萨斯大学奥斯汀分校的学者提出了“超材料”一词，用于描述自然界中不存在、人工制得、具有三维和周期性结构的复合材料。

早期探索（2000s初）：二维超材料蒙皮出现，主要用于雷达波吸收和减缩RCS。

技术突破（2018年至今）：以中国光启为代表，实现了从二维蒙皮到三维超材料航空结构件的跨越，进入第四代“结构功能一体化”阶段，将隐身、天线、结构承载、热管理等功能集于一体。

随着研究的深入，超材料概念经历了四次重要演进：从最初的电磁超材料扩展到声学、力学、热学等多个物理领域，再发展到与常规材料融合的复合超材料。我国超材料研究虽起步较晚，但已位居国际第一梯队，全球超材料领域发表的论文有近30%来自中国，高影响力论文占比超过半数。

1.3 发展现状

目前，超材料产业正处在从实验室研究向规模化制造转型的关键时期。根据行业专家观点，超材料的“新原理、新功能实现处于爆发期”，但“规模化制备则进入了瓶颈期”。这一特殊发展阶段恰是国家战略介入的机遇期，我国正通过发挥新型举国体制优势，将超材料研究优势转化为未来产业优势。从产业成熟度看，电磁超材料的技术相对成熟，已实现批量生产与应用，而机械超材料、热学超材料等仍多以实验室研究为主，产业转化程度较低。

1.4 发展方向与趋势

超材料行业未来发展将围绕三大趋势展开：

1.技术融合化：人工智能技术正在超材料领域引发革命性变革。AI技术不仅可用于超材料的逆向设计，实现从性能反推超材料基元及结构，还可通过深度学习大幅提升设计效率。同时，超材料本身也可为AI技术演进提供底层支撑，如光子芯片等新型计算架构。

2. 应用多元化：超材料应用正从高端军工领域向民用市场快速渗透。在无线通信领域，超材料可用于制作各种高性能天线，获得更强的功能、更小的尺寸；在生物医学领域，超材料可增强MRI和CT扫描等成像技术，提供更高的分辨率和精度；在能源领域，超材料可以设计用于增强太阳能电池板的光吸收，从而提高其效率。

3. 制造智能化：超材料制造工艺正从传统的光刻、电子束刻蚀等微纳加工技术，向3D打印、4D打印等先进制造技术拓展。智能超材料结构的4D打印制造代表了未来重要发展方向，可实现复杂结构的一体化成型与自适应变形。

表：超材料未来发展的关键方向

超材料行业细分市场分析

超材料行业可根据产品类型和应用领域进行多维度划分，不同细分市场在技术成熟度、市场规模和增长潜力方面存在显著差异。

2.1 按产品类型划分

从产品类型来看，超材料可分为电磁超材料、光学超材料、声学超材料、机械超材料、热学超材料等多个细分领域。

电磁超材料：作为最为成熟和研究最活跃的方向，电磁超材料发轫于微波段，当前研究热点集中在可见光、太赫兹、红外、极紫外等频率范围。包括动态可调及可重构超材料、量子超材料、片上结构设计超材料等前沿方向。在应用基础研究层面，正在拓展至深空/深海/深地探测、高定向电磁对抗、第六代移动通信（6G）、绿色能源等国民经济与国防建设领域。

声学超材料：在电磁超材料原理启发下发展而来，通过亚波长尺度的结构单元设计，突破自然材料的物理限制，实现负等效质量密度、负模量等反常特性。近年来，声学超材料在微尺度超声控制、逆向设计方法、声子物理模拟、声波负折射与隐身等方向上取得引人注目的进展，在高端装备和国防领域具有广阔应用前景，同时在民用降噪市场也展现出巨大潜力。

机械超材料：通过各种机械微结构单元实现传统材料难以具备的超常力学特性，如负泊松比、负刚度、可调模量、轻质高强等。机械超材料研究正在从单一的力学性能拓展至多物理场耦合与智能响应，相关设计范式的革新（如深度学习驱动）以及跨学科应用的潜力（如航空航天、生物医疗）标志着材料科学朝着功能化、智能化方向迈进。

热学超材料：作为通过人工微结构设计实现热流定向调控的新型功能材料，可突破传统材料在热传导、对流、辐射方面的物理限制，实现热隐身、热集中、热整流等功能。热学超材料在电子元器件热管理、辐射制冷、热能利用、红外隐身等方面表现出颠覆性应用的潜力。

2.2 按应用领域划分

从应用领域看，超材料已渗透到众多产业，其中以下几个领域表现最为突出：

航空航天与国防：这是超材料体量最大的应用领域，也是技术最为成熟的方向。超材料能够改进雷达、声呐和隐身技术，用于设计飞机、卫星和军事装备的轻质、耐用且高效的部件。对雷达吸波材料、隐形装置和先进通信系统的需求，推动了对性能优于传统材料的新型超材料解决方案的需求。光启技术等企业已将超材料成功应用于我国第五代战机（J-20、J-35）、Y-20等尖端装备。

通信领域：这是超材料增长最快的应用领域。超材料可用于制作各种高性能天线，获得更强的功能、更小的尺寸、更宽的设计自由度、更好的可重构性。基于超材料的小型化雷达在自动驾驶、智能交通等方面应用前景广阔；智能超表面是可以实时调整无源反射元件的吸收、反射、折射、相位，进而将入射电磁信号引导到所需方向的新型超材料。在5G、6G通信系统中，超材料通过优化天线设计、提升信号传输效率、减少信号干扰等方式，提供极大的技术支持。

消费电子与汽车：超材料在消费电子领域最具吸引力的是光学应用，如超透镜等。同时，超材料也被用于开发轻质、灵活且高效的可穿戴电子设备组件，例如传感器、通信设备和健康监测系统。在汽车领域，超材料在自动驾驶传感器、车载天线和热管理等方面有广阔应用前景。

能源与医疗：在能源领域，超材料在太阳能电池和能量收集技术的优化方面具有潜力。超材料可以设计用于增强太阳能电池板的光吸收，从而提高其效率和性能。在医疗领域，超材料可以增强MRI和CT扫描等成像技术，提供更高的分辨率和精度。人们也在探索其在靶向治疗方面的能力，例如在药物输送系统中，甚至在可穿戴医疗设备的开发中。

表：超材料主要应用领域的驱动因素和市场特点

超材料市场规模与增长逻辑

超材料市场正处在高速增长期，未来潜力巨大。本节将从全球和中国两个维度分析市场规模，并深入探讨市场增长的核心逻辑。

3.1 全球与中国市场规模

根据QYResearch的统计及预测，2024年全球超材料市场销售额达到了24亿美元，预计2031年将达到110.6亿美元，期间年复合增长率高达25.0%（2025-2031）。另一家研究机构Insight Partners则预测，2025年至2031年期间超材料市场的复合年增长率为37.9%，呈现更为迅猛的增长态势。尽管具体数据因统计口径而异，但各方一致认为超材料市场正处于爆发性增长阶段。

中国市场在过去几年变化较快。根据华经产研院数据，中国超材料市场规模从2018年的55.79亿元上涨至2023年的154.63亿元，期间年均复合增长率22.62%，预计2029年达到316.05亿元。中国超材料产业的快速发展得益于多方面因素：一是我国在超材料基础研究方面已位居国际第一梯队，全球超材料领域发表的论文有近30%来自中国，超材料领域的高影响论文逾半数来自中国；二是完善的工业体系和强大的制造业基础为超材料产业化提供了良好条件；三是国家对前沿科技和新材料产业的政策支持力度不断加大。

3.2 市场增长驱动因素

超材料市场的快速增长得益于多重因素的共同驱动：

技术突破与产业化进展：超材料技术本身不断发展成熟，从早期的电磁波负折射、完美隐身、完美透镜，到后来的类量子效应、时变效应、光电直接转换、超常力学性质等。同时，制备工艺的进步为规模化生产奠定了基础，如3D打印技术与超材料制造的融合，能够精确创建复杂的定制结构，而这些结构在传统制造方法中难以甚至无法实现。

下游应用需求拉动：以航空航天、国防军工、通信等为代表的下游应用领域对超材料的需求持续增长。在航空航天与国防领域，超材料能够满足轻量化、高性能、多功能等方面的严苛要求；在通信领域，5G及未来6G通信系统对高性能天线的需求日益增加；在消费电子领域，设备小型化和性能提升的需求推动超材料应用。

政策支持与资本投入：世界各国纷纷将超材料列为重点发展领域。美国国防部将超材料列为“六大颠覆性技术”之一，我国则在“十四五”规划中明确支持超材料等前沿新材料的发展。同时，资本市场对超材料行业的关注度不断提高，投资活动日益活跃，为行业发展提供了资金支持。

3.3 市场增长逻辑与未来空间

超材料市场的增长遵循着清晰的逻辑路径：

从军用向民用渗透：超材料技术最初主要应用于航空航天与国防等高端领域，随着技术成熟和成本下降，逐步向通信、消费电子、汽车、能源、医疗等民用领域拓展。这种军民融合的发展模式极大地扩展了超材料的市场空间。

从单功能向多功能演进：超材料正从实现单一功能向集成多种功能发展。以光启技术的超材料航空结构件为例，它不再是单一的隐身蒙皮，而是集成了“隐身+天线+反干扰保护”三大核心功能的复杂系统。这种功能集成大幅提升了产品价值和市场潜力。

从组件向系统扩展：随着技术不断成熟，超材料企业正从单一的组件供应商向系统解决方案提供商转变。光启技术已从材料供应商发展成为核心系统级产品供应商，这种转变不仅提升了企业的市场地位，也扩大了价值空间。

未来，随着超材料在更多领域的应用拓展，市场空间将进一步扩大。特别是在低空经济、人形机器人、量子计算等新兴领域，超材料已经展现出巨大的应用潜力。光启技术已积极布局低空经济（乐山基地规划月产超1万架无人机）和人形机器人领域（与多家科技公司签署人形机器人超材料关键部件战略合作协议），预示着超材料市场的未来增长点。

表：超材料市场增长逻辑和关键驱动因素

超材料产业链深度解析

超材料产业链涵盖上游材料与设备、中游设计与制造以及下游应用三大环节，各环节特点鲜明，共同构成完整的产业生态。

4.1 上游材料与设备环节

产业链上游主要包括特种材料和制造设备两大类。特种材料包括纳米材料、金属高分子材料等，这些基础材料的性能直接影响超材料的最终表现。制造设备则包括光刻设备、微纳加工设备等，这些设备的精度和效率对于材料的生产至关重要。

目前，上游环节的主要特点是技术门槛高、供应商集中度较高。尤其是在高端微纳加工设备领域，国内与国际先进水平尚有差距，成为超材料发展的主要制约因素之一。超材料制备需要采用精准的加工工艺，如光学超材料制备离不开极限微纳加工手段，而国内的制备加工条件与国际先进水平尚有距离。

为应对这一挑战，国内企业正积极寻求突破。一方面，通过技术研发提升设备自主化水平；另一方面，探索适应现有工艺条件的超材料制造路线。例如，光启技术在制造工艺上巧妙地融合了半导体芯片的精密制造技术与航空复合材料的宏观成型能力，实现了1+1>2的效果。

4.2 中游设计与制造环节

产业链中游是超材料产业的核心环节，涵盖超材料的结构设计、数值仿真与制造工艺。这一环节的技术壁垒极高，需要多学科交叉的专业知识，包括材料科学、物理学、电子工程、光学工程、机械工程等。

在设计方面，传统超材料设计主要依赖“基元-序构-性能”的正向设计路径，通过调整及优化参数来探索新的性能与应用。近年来，随着人工智能技术的发展，逆向设计方法日益普及，即基于AI技术从性能反推超材料基元及序构，进而一次性获得超材料。这种设计范式的变革大幅提升了设计效率，扩大了设计空间。

在制造方面，超材料制造工艺包括2D超材料制造工艺（如印刷电路板工艺、光刻工艺、掩膜印刷法、电子束刻蚀工艺）和3D超材料制造工艺（如印刷电路板堆叠组装、机械加工及组装、微电子刻蚀工艺、3D打印工艺）。未来，超材料制造工艺将朝着复杂微/宏结构超材料跨尺度制造、多材料超材料结构一体化制造、多功能耦合超材料结构制造、智能超材料结构的4D打印制造等方向发展。

中游环节的领先企业已建立起极高的技术壁垒。以光启技术为例，公司构建了“1总部+5基地+8公司”的产业网络，拥有顺德709基地（设计产能160吨）、株洲905基地、天津906基地等多个生产基地。截至2025年4月，光启已累计产出163，138件各类超材料零部件，整体良品率高达97.51%，实现了复杂功能结构超大规模量产的革命性突破。

4.3 下游应用环节

产业链下游涵盖超材料的各类应用领域，主要包括航空航天、国防军工、通信设备、生物医疗、能源电力、消费电子等。不同应用领域对超材料的性能要求、价格敏感度和认证门槛存在显著差异。

目前，航空航天与国防是超材料体量最大的应用领域，对产品性能要求极高，价格敏感度相对较低，但认证门槛非常严格。通信领域是增长最快的应用方向，尤其是5G/6G通信系统对超材料天线需求旺盛。消费电子领域则对成本较为敏感，但认证门槛相对较低，更易于新企业进入。

下游应用的发展呈现出明显的梯度特征：技术门槛高、附加值高的国防军工领域率先应用；随后向专业级通信、能源设备等领域扩散；最后逐步渗透到消费电子等大众市场。这种梯度扩散模式使得超材料企业能够通过军工业务支撑研发投入，再逐步开拓民用市场，实现可持续发展。

表：超材料产业链各环节的特征和价值分布

4.4 产业图谱与生态系统

超材料产业已形成较为完整的生态系统，包括：

科研机构：如南京大学、哈尔滨工业大学、香港城市大学、北京大学等高校在超材料基础研究方面发挥着重要作用。这些科研机构是超材料理论创新和技术突破的源泉。

核心企业：包括光启技术、华秦科技、佳驰科技等垂直整合型企业，它们掌握核心技术和制造能力，直接面向终端客户提供产品或解决方案。

应用企业：如航空航天领域的飞机主机厂、通信设备领域的华为等企业。这些企业将超材料集成到自身产品中，推动超材料技术的实际应用。

支撑服务：包括检测认证机构、专利服务、行业联盟等，为超材料产业提供必要的支撑服务。

从产业发展趋势看，超材料企业正从单一产品供应商向系统解决方案提供商转变。以光启技术为例，公司已从材料供应商发展成为航空航天装备领域的核心系统级产品供应商。同时，产业链协同创新日益加强，通过组建创新联合体促进跨学科人才培养和技术创新。

竞争格局深度分析：“一超两强”的互补生态

超材料产业已形成全球性竞争态势，各国企业纷纷布局这一前沿领域。从全球范围看，超材料核心厂商包括Kuangchi（光启）、Evolv Technology、MetaShield LLC.等，前五大厂商占据全球整体份额的15%。

5.1 全球竞争格局

全球超材料技术已形成“中国主导，美日韩欧跟随”的竞争格局。根据全球主要的专利数据库综合分析，截至2024年，中国已申请的与超材料相关的专利总数占全球总量的约70%，呈现出“一骑绝尘”的态势。美国作为超材料理论的发源地和早期领导者，其专利数量位居第二，约占全球的15%～20%。

在国际市场上，主要的超材料企业包括Metamagnetics Inc、Fractal Antenna Systems， Inc. (FRACTAL)、Echodyne Corporation、Kymeta Corporation、Metamaterial Technologies Inc等。这些企业在细分领域各有侧重，如Kymeta公司专注于超材料平板天线技术，Echodyne公司则致力于超材料雷达系统的开发。

从区域分布来看，超材料产业已形成北美、欧洲、亚太三大产业集群。北美地区在基础研究和原始创新方面具有传统优势；欧洲在机械超材料、声学超材料等领域实力雄厚；在亚太地区特别是中国，则展现出强大的制造能力和快速产业化潜力。

5.2 中国市场竞争格局

中国超材料市场呈现出“一超两强”的竞争格局，其中光启技术以其颠覆性技术路径和全产业链布局独占鳌头，华秦科技与佳驰科技则分别在高温隐身与常温涂层领域构建了细分市场的竞争优势。

5.2.1 光启技术 (002625.SZ)：颠覆性创新的全球领跑者

作为全球超材料领域的领军企业，光启技术已在国内尖端装备市场形成近乎垄断的地位，并在全球市场占据领先份额。公司凭借其从设计、制造到应用的全链条核心技术壁垒，占据了国内军工超材料市场约90%的份额。光启技术的核心优势在于其第四代超材料技术，实现了隐身、天线、结构承重等多功能一体化，从根本上解决了传统装备设计的性能平衡难题。

5.2.2 佳驰科技：常温雷达隐身的优势供应商

国内电磁功能材料与结构领域的领先企业，尤其在常温雷达隐身材料方面具有显著优势。公司的传统优势领域在于隐身功能涂层材料，但近年来在新形态隐身功能结构件方面持续突破。2025年1-9月，公司隐身功能结构件营业收入已接近该产品2024年全年收入。

5.2.3 华秦科技：高温隐身领域的专精特新“小巨人”

被誉为“中国隐身材料之父”，是我国特种功能材料领域的领军企业，特别是在高温隐身材料方面具有不可替代的优势。公司是目前国内极少数能够全面覆盖常温、中温和高温隐身材料设计、研发和生产的企业。华秦科技的隐身材料及伪装材料产品主要面向飞机发动机喷口、导弹头锥等高温部位。

光启技术、佳驰科技和华秦科技的技术路径和市场定位存在根本性差异，决定了它们之间是互补而非直接竞争的关系 。这种差异化的定位意味着，在一架先进战机上，其发动机热端部件可能使用华秦科技的耐高温红外隐身涂层，机身和机翼等关键结构部位采用光启技术的超材料隐身结构件，而其他表面则可能涂覆佳驰科技的常温雷达吸波涂料。

表：中国超材料市场主要参与者技术路径和市场定位对比

结论：三家企业共同服务于国家级隐身体系，在一架先进战机上，三者产品可同时应用，形成互补，共同构成完整的隐身解决方案。因此，当前格局是 “共生共赢” 而非“零和博弈”。

总结

超材料行业作为国家战略新兴产业，正处于从实验室研究向规模化制造转型的关键时期。全球市场预计将以25%-38%的年复合增长率快速增长，到2031年市场规模将达到110亿美元级别。

中国在超材料领域已居于全球第一梯队，不仅在基础研究方面产出丰硕，在产业化应用方面也取得了显著进展。光启技术、佳驰科技、华秦科技三家企业形成的“一超两强”格局，构筑了中国尖端装备隐身技术的“铁三角”。

未来，随着技术突破、应用拓展和政策支持三重驱动，超材料行业有望迎来黄金发展期。投资者可重点关注已在核心技术、制造工艺和市场应用方面建立壁垒的龙头企业，以及在新兴应用领域具备独特优势的创新企业。同时，也需警惕技术迭代、市场集中度、产能扩张等方面的风险，把握行业发展脉搏，适时布局这一充满潜力的前沿材料领域。

来源：源流资本