内容概要：超材料是一种由人工微结构组成的特种复合材料，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性质。作为材料科学领域前沿方向之一，超材料在过去20年中经历了蓬勃发展。时至今日，超材料已扩展到包括电磁学在内，相关应用成果不断涌现，覆盖光学、力学、热学和声学等多领域的一大类具有超常、高性能的人工材料系统，展现出巨大应用潜力和发展空间。鉴于我国在超材料研发领域的实力，产业链正在逐步完善的趋势以及在应用领域的拓展方面还有较大发展空间的现状，国内超材料行业规模呈现出快速发展态势。数据显示，我国超材料市场规模已从2018年的55.79亿元增长至148.99亿元。此外，根据市场发展预测，2029年国内超材料市场规模有望突破至316.05亿元。
关键词：产业链；发展历程；政策；市场规模；发展前景；光启技术
一、行业概况
超材料是一种由人工微结构组成的特种复合材料，通过对材料关键物理尺寸上进行有序结构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性质。超材料的应用与原有的材料制备有很大的区别，以往是自然界有什么材料，就能制造出什么物品，而超材料完全是根据需求逆向设计。超材料的超常物理特性主要表现为负介电常数、负磁导率、负折射率、逆多普勒效应等。
根据设计原料的不同，超材料主要可分为电磁超材料、声学超材料、热超材料。通过电磁超材料来应用和控制负折射率就能改变人类看到物体的方式，有望应用于光学领域。通过应用电磁超材料，理论上可以制造出可以看到更小物体的特优透镜（理想透镜）和光学迷彩（隐身衣）。热超材料可以通过对阳光的反射或吸收来降低设备内部的温升，保护电子设备免受剧烈温差的影响。声学超材料除了作为轻量且有效的隔音材料外，还有望提高超声波传感器的设置和运用方式以及医学中超声波检查的灵活性。
与天然材料相比，超材料的优势是可以由人工设计的结构单元制造出来。天然材料来自自然，易于获得却难于设计。超材料正好相反，易于设计，但在很多情况下却难于获得。超材料通常由微米或纳米级的人工结构单元组成，这些单元按照特定的设计规则排列，赋予材料独特的电磁、光学、声学或力学特性。与传统材料相比，超材料由人工设计，从而实现对光波、声波或电磁波的操控，展现出如负折射、完美隐身、超分辨率等奇异现象。
超材料的特殊物理性质是由人工结构决定的，这些特性使超材料能突破一些表观自然规律的限制。超材料可以通过控制电磁波（光、电波）和声波等特定波长波的反射和透射，表现出与自然界中的物质不同的行为。超材料中的左手材料同时具有负介电常数和负磁导率。电磁波在该材料中传播时的电场矢量、磁场矢量以及波矢量之间的关系将不再遵循经典电磁学中的“右手定则”，而呈现出与之相反的“左手关系”，这是材料中电磁波的波动方向和能量传播方向相反，并表现出一系列有违常理的特性，例如光的负折射、反常多普勒效应、倏逝波放大、完美透镜效应，以及反常切连科夫辐射等。
超材料行业产业链上游主要包括由研究机构、大学和科研院主要负责的超材料研发和设计环节，二氧化硅、金属氧化物、石墨烯、铋锑合金、碲化铋、硒化铋等超材料生产原材料供应环节，以及熔融沉积成型设备、光固化成型设备、选择性激光烧结设备、电子束熔化设备、MBE设备等各类材料加工生产设备。产业链中游主要包括超材料的生产与制造企业。这些企业通常具备先进的制备和加工技术，能够将超材料的设计和研发成果转化为实际产品，满足市场需求。产业链下游主要是超材料的应用和市场销售环节。从应用需求方看，超材料被应用于光学、声学、电磁等领域，可满足不同行业的需求，目前已广泛应用于包括通信、传感、能源等多个行业。
相关报告：智研咨询发布的《中国超材料行业市场行情监测及未来趋势研判报告》
二、产业现状
超材料最初被称为左手材料（LHM）或负折射材料（NIM），是由前苏联理论物理学家Veselago在1968年最先提出的。他从Maxwell方程出发，分析了电磁波在拥有负磁导率和负介电常数材料中传播的情况，对电磁波在其中传输时表现出的电磁特性进行了阐述：电磁波在其中传播时，相速和群速的方向相反，E、H、K三矢量之间呈现出左手螺旋法则，与电磁波在传统材料中传播的情况正好相反，他定义该种材料为LHM。当时自然界观察不到这种材料的存在，且存在不可利用性，Veslago所做的工作仅停留在理论假说上。
此后，随着研究的逐渐深入，众多突破性成果不断涌现。1999年，英国帝国理工大学的John Pendry教授采用由2个开口的薄铜环内外相套而成的微结构胞元，设计出一种具有磁响应的周期结构，即开口谐振环（SplitRing Resonator，SRR）结构。2001年，美国加州大学的Shelby等人将铜线与开口铜环2种微结构单元组合在一起，并通过结构尺寸上的设计保证介电常数和磁导率出现负值的频段相同，首次将介电常数和磁导率同时表现出负值的材料展现在人们面前，并在美国《科学》杂志上发表了验证左手材料存在的实验性文章。这种新型复合材料的人工实现，极大地丰富了微波、电路、光学、材料学等领域，其表现出的新颖电磁响应特性立刻成为国际物理学界和电磁学界研究的热点。
在一、二维左手材料相继实现后，Gay-Balmaz等人在SRR结构的基础上，采用具有平面各向同性的单元结构设计出的结构，成功制备在2个方向上都可以表现出负磁导率的单负值超材料。Koschny等人采用具有各向同性左手材料结构单元设计出的微结构设计，成功制备了实现各向同性的左手材料。
2003年，美国波音公司“幻影工作室”的C.Parazzoli与加拿大多伦多大学的2组研究人员在实验中直接观测到了负折射现象；2006年，John Pendry教授和美国杜克大学的Smith D R教授等人共同提出了超材料薄层能够让光线绕过物体从而使物体隐形的预测，并展示了隐形斗篷的雏形；2009年，我国东南大学崔铁军与美国杜克大学刘若鹏等人合作在“隐身衣”研究上实现新的突破，研制出微波段地面目标的二维宽频带隐身衣；2010年，崔铁军研究组和一个德国－英国研究组相互独立地在世界上首次研制出三维隐身衣原型；2011年2月，英国伯明翰大学及加州大学伯克利分校的张翔课题组成功实现了可见光波段中的隐身；2011年7月，美国哥伦比亚大学机械工程系副教授王琪薇等人研制出了一种新的光纳米结构，构建出零折射率“超材料”。
超材料技术突破性的进展在科技界引起了广泛关注，使其得到了美国、中国、俄罗斯、日本等国政府，以及波音、雷神、光启技术、英特尔、AMD等军工巨头或科技龙头公司的强力关注。2003年研发的“负折射率左手材料”与2006年研发的“超材料隐身斗篷”被《科学》杂志评为“世界十大科技突破”；2007年《Materials Today》评选超材料为材料科学领域在过去50年间的十大进展之一；2010年《科学》杂志评选超材料为过去10年中人类最重大的十大科技突破之一。美国最大的6家半导体公司英特尔、AMD和IBM等也成立了联合基金资助这方面的研究。日本和俄罗斯将超材料技术列为下一代隐身装备的核心关键技术。
我国也对超材料研究重视度较高，在国家政策层面，“十四五”以来，国家政府对超材料等新型前沿材料产业发展表现出了极高重视，首先是在“十四五”发展纲要中重点提出，要聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料等战略性新兴产业，加快关键核心技术创新应用，增强要素保障能力，培育壮大产业发展新动能；2023年8月，工业和信息化部、国务院国资委又将超材料列入《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》，要求各地工业和信息化主管部门将加大宣传推广和支持力度，引导各类市场主体结合实际积极开展技术创新、应用探索和产业布局。因此，在中央政策指导支持下，近两年来，各地政府对于超材料产业发展的关注度也在持续提升。例如，2024年9月，重庆市人民政府发布的《重庆市未来产业培育行动计划（2024—2027年）》提出，发展力学/声学/热学超材料、电磁波和空间电磁信息调制超材料、金属基/陶瓷基/碳基气凝胶材料等；加大超导材料基础研究力度，探索发展高温/常温超导材料。
在项目研究方面，我国的973计划、863计划、新材料重大专项、国家自然科学基金等项目中均对超材料研究予以立项支持。在电磁黑洞、超材料隐身技术介质基超材料，以及声波负折射等基础研究方面，已取得原创性成果。超材料研究在国内非常活跃，呈现出百花齐放的局面，所涵盖领域包括电磁超材料、红外/THz超材料、光学超材料、声学超材料、力学超材料、光学超材料、热学超材料等领域。
浙江大学在光波和超低频超材料领域取得了一系列有影响的成果，发展出了基于慢波来设计超薄、宽吸收角度的完美吸波材料，提出了超材料在成像、隐身、磁共振成像和静磁场增强方面的应用；东南大学研究了均匀和非均匀超材料对电磁波的调控作用，提出了电磁黑洞和新型超材料隐身器件，发展出了雷达幻觉器件、远场超分辨率成像透镜、新型天线罩、极化转换器等新型超材料器件；清华大学研究介质基和本征型超材料，提出了通过超材料与自然材料融合构造新型功能材料思想，发展出了基于铁磁共振、极性晶格共振、稀土离子电磁偶极跃迁以及Mie谐振的超常电磁介质超材料；深圳光启研究院则在国际上率先推进了超材料产业化，研发出超材料平板式卫星天线，在22个省市进行了测试，并在北京、天津等地得到了实际应用。
注：本文节选出自智研咨询发布的《趋势研判！2025年中国超材料行业产业链、发展历程、市场规模及未来前景分析：超材料拥有巨大应用潜力和发展空间，各国研究发展力度日益增强[图]》行业分析文章，如需获取行业文章全部内容，可进入智研咨询官网搜索查看。
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本《报告》从2024年全国超材料行业发展环境、整体运行态势、运行现状、进出口、竞争格局等角度进行入手，系统、客观的对我国超材料行业发展运行进行了深度剖析，展望2025年中国超材料行业发展趋势。《报告》是系统分析2024年度中国超材料行业发展状况的著作，对于全面了解中国超材料行业的发展状况、开展与超材料行业发展相关的学术研究和实践，具有重要的借鉴价值，可供从事超材料行业相关的政府部门、科研机构、产业企业等相关人员阅读参考。
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