二维材料不仅仅意味着更薄或更强，它的结构与功能强耦合，将成为多功能集成的关键底座。由于二维材料天然具有原子级厚度、可调电子结构、与优异光热特性，它能在极低尺寸与极低功耗下实现电学、光学、热学与力学功能的深度融合，使硬件的界面层、感知层、散热层等和结构层逐渐趋向一体化。这类材料能使过去无法兼得的特性得以同时出现，如：既是柔性贴合传感膜，又可作为高速电子迁移逻辑器件；既能实现透明超薄的光电转换，又能承担高效散热角色。
但二维材料要走向工程化，仍面临多重瓶颈，如大面积生长一致性不足，界面与层间缺陷难以控制，工艺兼容性受限，转移、封装、长期可靠性缺乏工业标准等。这些因素决定了二维材料虽然具备极高物理上限，但无法实现规模商业应用。
不过，未来随着大面积可控生长技术、界面清洁化工艺、应变工程、异质集成工艺的不断迭代，二维材料在可靠性、兼容性与规模化制造方面也会逐渐进步。如研究者已采用硫化法成功在蓝宝石基底上生长出大面积单层MoS2薄膜；再比如在扭角工程方向，研究者已制备出面积超过3 × 5 mm²的双层石墨烯样本等。这些进展表明：二维材料的规模化生长、异质堆叠与功能集成，正从研究概念向工程实现迈进。
预计到2035年，二维材料将在低缺陷生长、应力/掺杂/扭角调控与CMOS兼容性方面取得实质性进展，以“嵌入式功能层”的形式进入部分主流工艺，作为超薄传感层、散热层或光电转换层部分应用于影像模组、可穿戴设备等场景，形成相对可规模交付的差异化能力。
至2049年，二维材料有望形成覆盖“结构-散热-感知-能量”的全材料族群：包括柔性CMOS、二维异质结光电芯片、全固态离子电池界面、可折展功能膜等。此时二维材料将从“先进材料”转变为“系统设计基元”，硬件将不再区分“材料层/传感层/散热层”，而是以二维材料为核心实现高度一体化结构。