【前沿未来展望】《全球原子级制造技术产业发展趋势（2026年）》

北京前沿未来科技产业发展研究院发布《全球原子级制造技术产业发展趋势（2026年）》报告

原子级制造技术是指能够实现对物质在原子尺度上精确操控与构筑技术，已经从基础研究领域快速迈入产业化应用的前夜，不仅是纳米科技的终极延伸，更是从根本上重构材料、器件乃至整个制造体系的关键使能技术，有望催生超越现有范式的新产品、新产业与新经济形态。随着全球科技产业竞争进入体系化、生态化的新阶段，原子级制造因其底层性、颠覆性特征，已成为世界主要科技强国竞相布局的战略制高点。2026年，伴随关键技术的持续突破、国家战略的纵深推进以及市场需求的逐步明晰，全球原子级制造技术产业的发展逻辑、竞争格局与演化路径将呈现出一系列鲜明的新趋势，北京前沿未来科技产业发展研究院基于自身在先进制造技术方面的研究，系统地梳理这些趋势，为政策制定者、产业界与学术界把握未来方向提供参考。

一、政策扶持：从宏观战略引导走向精细化、生态化施策

2026年，全球主要经济体对原子级制造的政策支持预计将进入“精耕细作”的新阶段，政策重心将从早期发布宏观战略规划，转向构建系统性、支撑性的创新生态。

一是聚焦精准突破。 预计政策资源将不再“大水漫灌”，而是围绕 “靶向材料” （如第三代半导体、二维材料、拓扑材料）和“卡脖子环节”（如原子级检测与计量、超高精度定位与操纵）进行集中投入，以重大专项、定向研发合同等形式，引导产学研力量攻克工程化与量产化的核心瓶颈。

二是强化平台建设。 预计各国将竞相建设和升级国家级“原子制造创新中心”或“用户开放平台”等基础平台。这些平台集成了最先进的原子级表征、操纵与合成设备，旨在降低中小型科技企业和研究机构的准入门槛，加速技术扩散与应用验证，成为孕育创新的公共基础设施。

三是推动标准与安全先行。随着技术走向应用，原子级制造在计量、质量、安全与环境影响方面缺乏标准的短板将凸显，政策层面将有望前瞻性地推动国际与国内标准的制定工作，并着手研究其可能带来的新型伦理、安全与环境风险，并加快建立相应的监管框架，为产业健康发展铺路。

二、技术突破：从“单点演示”迈向“集成化”与“智能化”协同攻坚

技术发展路径将有望从展示单一的、复杂的原子操纵技巧，转向追求可重复、可集成、智能化的实用型技术体系。

一是“工具链”整合成为关键。 突破依赖于将原子级成像（如超高分辩电镜）、原子级操纵（如扫描探针技术）、原子级合成（如分子束外延、原子层沉积）以及实时计算模拟等工具深度集成，形成闭环的研发与制造流程和工具。2026年，兼容多种技术、具有更高自动化程度的 “多模态原子制造工作站” 将成为研发热点。

二是AI深度融入研发全流程。人工智能，特别是机器学习与高通量计算，将从辅助工具演变为核心技术驱动力。AI技术将有望用于预测原子级结构的稳定性与性能，逆向设计目标材料，优化复杂的操纵路径，并实时分析海量的表征数据，极大加速“发现-设计-制造-验证”的循环，实现 “智能原子制造”。

三是效率与规模化的初步探索。在确保精度的前提下，提升制造“吞吐量”成为紧迫课题。并行探针阵列、区域选择性原子级处理、自组装与定向组装结合等旨在提升效率的技术路线将有望取得新进展，为未来从实验室样品走向小批量特种应用奠定基础。

三、应用创新：从“前沿探索”扩展到“明确场景”牵引的定向开发

应用开发逻辑将从“技术能做什么”转向“产业需要什么”，由潜在应用场景强烈牵引，在数个重点领域实现从“原理验证”到“原型器件”的跨越。

一是下一代信息技术的核心基石。 在半导体领域，原子级制造被视为突破硅基物理极限的终极方案。2026年，基于精准掺杂的原子精度晶体管、用于量子计算的原子阵列量子比特、以及低功耗的原子尺度互连结构等原型器件，其性能验证将有望取得新突破或里程碑进展，并提出明确的技术可行性路线图。

二是能源与催化领域的效能革命。在新能源电池、高效催化、氢能等领域，原子级界面工程和单原子催化剂的设计与制备将走向精准化。通过精确控制活性位点的原子排列与配位环境，实现催化效率、能量密度和循环寿命的突破性提升，相关成果将有望开始向示范应用推进。

三是生物医药与精密传感的颠覆潜力。原子级精度的人工酶、药物靶向递送系统，以及具有原子级识别能力的生物传感器，有望将从概念走向早期实验室验证，展现出解决重大疾病诊断与治疗的革命性前景。

四、产业变革：催生“尖端材料工厂”与新型协同制造范式

2026年，原子级制造将首先在产业上游，即高端材料与核心元器件领域引发深刻变革，并催生新的生产组织形式。

一是诞生“按需定制”的尖端材料供应商。传统材料工业是“规模化生产，选择性应用”。原子级制造将催生一批能够根据下游客户（如芯片设计公司、航天制造商）的物理性能需求，进行“原子编程”，定制化生产特种合金、异质结构材料、超晶格等尖端材料的专业供应商，即“原子级材料代工厂”。

二是形成“虚实结合”的研发制造联盟。 产业界将出现更紧密的“设计-制造”协同模式。芯片设计公司、器件厂商与原子级制造平台将建立深度联盟，通过数字孪生技术，在虚拟世界中共同设计、模拟优化原子级结构，再在物理世界进行精准制造与测试，极大缩短创新周期。

三是重塑部分高端供应链。 在国防、航天、尖端科研仪器等对性能极端敏感的小批量、高价值领域，原子级制造有望提供传统工艺无法实现的部件，从而局部重塑这些领域的供应链结构，提升自主可控能力。

五、商业变革：知识产权壁垒高筑，早期市场以“解决方案”形式落地

在产业化初期，商业竞争的核心并非价格与规模，而是知识产权（IP）和解决特定高端问题的能力。

一是IP成为最核心资产。 围绕关键设备设计、核心工艺方法、特定结构设计及衍生材料配方的专利布局竞争将白热化。企业价值将与其IP组合的强度、广度及防御能力高度相关。专利诉讼与交叉许可将成为常态。

二是“解决方案”而非“标准产品”主导市场。由于成本极高且产能有限，原子级制造技术将以提供“终极性能解决方案”的形式切入市场。客户支付的不仅是制造成本，更是其带来的无法替代的性能溢价，例如卫星载荷的减重增效、量子计算机关键部件的性能提升、特殊环境传感器的超灵敏度等。

三是商业模式多元化探索。 除直接销售产品和服务外，IP授权、与行业巨头成立合资公司进行专项开发、以及基于业绩分成（如节能、增效带来的收益分成）的商业模式将被广泛探索和实践。

六、独角兽培育：诞生于交叉地带，依托颠覆性“单点技术”破局

2026年，首批原子级制造领域的独角兽企业将大概率在技术与市场的交叉结合部诞生。

核心特征： 往往不是全链条通才，而是在某一项“单点技术”上做到全球绝对领先，并找到了一个需求明确、高价值且规模适中的细分市场作为突破口。例如，专精于某种原子级涂层技术以解决航空发动机叶片腐蚀问题，或掌握独特单原子催化剂制备工艺应用于特定化工品绿色合成。

团队背景： 创始人通常兼具顶尖学术机构的深厚研究背景与清晰的商业视野，能够将深奥的科学原理转化为具体的工程参数和产品指标。团队是典型的“科学家+工程师+市场专家”的黄金组合。

成长路径：依托核心技术，在利基市场获得成功和声誉，建立稳定的现金流和迭代能力，然后以此为基础，横向拓展到相关技术领域或纵向延伸工艺链，逐步构建护城河。

七、投融资：风险偏好分化，产业资本与长期资金成为主导力量

2026年，资本市场对原子级制造的态度将趋于理性且分化，资金来源和投资逻辑发生显著变化。

一是风险偏好两极分化。纯财务风险投资（VC）将更加谨慎，更多资金将集中于已有初步技术验证和明确客户意向的成长阶段企业，而对最前沿、最长周期的底层技术研发，投资主力将转向政府引导基金、大型产业资本（如半导体设备、材料巨头）和国家背景的长期投资基金。

二是“耐心资本”至关重要。原子级制造产业孵化周期长、投资强度大、技术风险高，需要能够忍受长期亏损、理解技术演进规律的“耐心资本”。产投联动（CVC）模式优势凸显，产业资本不仅能提供资金，还能带来技术验证场景、供应链资源和市场渠道。

三是估值逻辑重构。企业的估值将更少依赖简单的营收倍数，而是综合考量其技术独特性（IP壁垒）、团队稀缺性、战略卡位价值（对国家或大企业供应链的意义）以及长期市场空间的折现。

八、人才争夺：复合型“战略科学家”与“工匠型工程师”极度稀缺

人才是决定这场竞赛胜负的终极要素，而需求的结构性矛盾将异常突出。

一是亟需“战略科学家”。既深谙原子物理、量子化学、材料科学等基础原理，又了解集成电路、能源催化等产业需求，能够指明有价值的技术突破方向的跨学科领军人才，是连接科学与产业的桥梁，是全球争抢的焦点。

二是短缺“工匠型工程师”。 原子级制造不仅是科学，更是极高超的“工艺”。能够操作和维护极端复杂的设备系统，在“噪音”中提取有效信号，通过无数次实验迭代优化工艺参数的“实验科学家”或“高级技工” ，其经验与直觉同样不可替代，培养周期极长，成为制约产能爬坡的关键瓶颈。

三是全球流动与本土培养并举。各国将通过顶级薪酬、自由的研究环境、配套完善的平台等手段在全球范围内吸引顶尖人才。同时，加大本土人才培养体系改革，在高校设立交叉学科项目，强化研究生与博士后的工程实践训练，成为长期战略。

九、大国博弈：技术“脱钩”与创新“竞合”在原子层面激烈交织

原子级制造因其战略重要性，将成为大国科技博弈的核心场域之一，呈现“封锁”与“突破”并存的复杂局面。

一是供应链“小院高墙”持续筑高。 在关键设备（如特定类型的电子显微镜、离子源）、核心部件（高稳定性传感器、特种材料样品台）及设计软件等领域，出口管制和技术封锁将持续并可能加剧，推动形成基于地缘政治的技术与供应链平行体系。

二是竞争性联盟与选择性合作。 在无法完全脱钩或具有共同利益的基础研究、标准制定领域，可能出现以价值观或利益为导向的“小多边”合作联盟。同时，各国也将努力在本土或友好国家内部培育替代性的供应链环节。

三是博弈焦点前移。竞争不仅在于最终产品，更向前延伸到原材料纯度、设备精度、软件算法、计量标准等整个基础生态的每一个环节。掌控生态主导权比掌握单一技术更重要。

十、生产力变革：孕育“原子精准时代”的新质生产力内核

从长远看，原子级制造技术的终极意义在于为人类社会贡献全新的“生产力范式”。

一是实现物质的“按需编程”。将人类对物质的改造能力从“微米时代”推进到“原子时代”，有望实现从分子、原子出发直接“搭建”具有理想性能的材料与器件，从根本上改变“发现材料-试用材料”的传统模式，走向“设计材料-创造材料”。

二是催生全新的产业群。如同当年微电子技术催生了整个信息产业，原子级制造技术成熟后，可能孕育出我们今天无法想象的全新产业，如基于量子效应的全新计算与传感产业、基于原子级精准的医疗修复产业等。

三是重构国家竞争力基础。当制造精度达到原子尺度，产品性能将产生质的飞跃，从而重新定义高端制造业的内涵。率先掌握并规模化应用该技术的国家，将在未来经济、军事与科技竞争中占据无可比拟的底层优势，真正掌握发展 “新质生产力” 的源头。

2026年，全球原子级制造技术产业，正处在从“科学突破”导向转向“产业需求”牵引的关键转折期，技术路径在收敛与竞争中逐渐明晰，应用场景从模糊走向具体，政策与资本的支持变得更加精准和务实。然而，前路依然挑战重重：从实验室的“艺术品”到工厂的“产品”，需要跨越工程化、标准化、成本控制等多重鸿沟；大国博弈带来的供应链不确定性增加了创新风险；顶尖人才的结构性短缺可能制约发展速度。

对中国而言，这既是必须抓住的历史性机遇，也是不容有失的战略性挑战。我们必须在国家层面进行前瞻性、系统性的布局：持续强化基础研究，鼓励从“零到一”的原始创新；以重大应用需求为牵引，组织跨部门、跨领域的协同攻关，加速技术迭代与验证；着力打造开放共享的先进研发平台，赋能中小企业创新；构建适应长周期、高风险特点的科技金融体系。

原子级制造是一场关于未来生产力主导权的深层竞赛，将不仅决定一个国家在高端制造业的地位，更将深远影响其在新一轮科技革命中的综合国力。2026年，我们已能听见这场深刻变革临近的脚步声，唯有主动谋划、扎实投入、开放合作，方能在这场塑造未来的竞赛中赢得主动。

撰写团队：北京前沿未来科技产业发展研究院

联系人：陆峰

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（信息来源：北京前沿未来科技产业发展研究院）