石墨烯是由單層碳原子構成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料，結構穩(wěn)定，各項物理性質優(yōu)異。石墨烯的發(fā)現(xiàn)顛覆了凝聚態(tài)物理學界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀念。

石墨烯具備眾多優(yōu)異的力學、光學、電學和微觀量子性質，是目前最薄也是最堅硬的納米材料，同時具備透光性好、導熱系數(shù)高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能，未來有望在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫(yī)療、海水淡化等眾多領域應用，是最有前景的先進材料之一。

石墨烯材料分為兩類，一類是由單層或多層石墨烯構成的薄膜，另一種是由多層石墨烯構成的微片。石墨烯薄膜又分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中單晶薄膜可以用于集成電路等電子領域，但是產(chǎn)業(yè)化尚待時日。而多晶薄膜有望在5-10年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用，替代ITO玻璃用于制造觸摸屏（特別是柔性制造屏）和其他需要透明電極的領域。除了純石墨烯之外，另外還有很多石墨烯衍生物，未來也會有較為廣泛的應用。

總體而言，石墨烯應用領域將主要集中在電子、新能源、生物醫(yī)療、高精度制造業(yè)、水處理等高精尖技術領域。

傳感器方面，納米傳感器尺寸小、精度高。原子級別的傳感器與普通傳感器相比，具備多種獨有的微觀性質，顯著拓寬了傳感器的應用領域。納米傳感器可廣泛應用于生物、化學、機械、航空、軍事等方面。納米傳感器主要包括納米磁敏傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器尺寸主要取決于探針針頭大小，傳感器尺寸可顯著減小，同時感應時間大大縮短，滿足微觀高精度測量需要。隨著工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測的需要，納米氣敏傳感器的研發(fā)獲得了長足的進展，未來有望率先實現(xiàn)商業(yè)化應用。

目前已經(jīng)有用化學氣相沉積法在分散有催化劑的SiO2/Si基片上制得的單個的單壁碳納米管。此種碳納米管使得傳感器在復雜的氣體環(huán)境中具有選擇性，區(qū)分度和靈敏度較之傳統(tǒng)的傳感器顯著提升。

單壁碳納米管具有優(yōu)異的電子、機械、力學等性能，但是納米管制備一直是難點。實現(xiàn)結構和性質可控的制備是單壁碳納米管應用的基礎和關鍵，同時也成為碳納米管研究和應用發(fā)展的瓶頸。

石墨烯良好的電導性能和透光性能，使其在透明電導電極方面有非常好的應用前景。試驗證明，石墨烯比表面積高達2600平方米/克，導電性極高，且儲能效率是現(xiàn)有材料的近兩倍，是理想的電極材料。石墨烯在取代其他電極材料方面有廣闊的應用前景，即便是目前商用超級電容器使用的活性炭等材料，比表面積也不過1000-1800平方米/克，石墨烯的電學綜合性能顯著超越當前的各種材料。

傳統(tǒng)電極材料多采用ITO（銦錫氧化物）。銦元素價格昂貴，且較為稀有。行業(yè)正在尋找一種成本更低的材料以替代ITO。石墨烯以其獨有的導電透明性質成為備選材料。采用石墨烯制成的透明電極，不僅具備傳統(tǒng)電極的導電特性，同時還可以彎曲折疊，在搭建過程中可與建筑構成一體化，更加經(jīng)濟和實用。透明導電電極不僅應用于太陽能領域，同時還可應用在觸摸屏、液晶屏、發(fā)光LED和超級電容等多種光電領域。目前全球實驗室將石墨烯電極應用至上述多類型產(chǎn)品，包括觸摸屏和超級電容。若能成功商業(yè)化，未來有望改變電子行業(yè)制造格局。