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，結構穩定，各項物理性質優異。石墨烯的發現顛覆了凝聚態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奈米材料，同時具備透光性好、導熱系數高、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、電晶體、觸摸屏、太陽能、感測器、超輕材料、醫療、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於積體電路等電子領域，但是産業化尚待時日。而多晶薄膜有望在5-10年內實現産業化應用，替代ITO玻璃用於製造觸摸屏（特別是柔性製造屏）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、生物醫療、高精度製造業、水處理等高精尖技術領域。

　　感測器方面，奈米感測器尺寸小、精度高。原子級別的感測器與普通感測器相比，具備多種獨有的微觀性質，顯著拓寬了感測器的應用領域。奈米感測器可廣泛應用於生物、化學、機械、航空、軍事等方面。奈米感測器主要包括奈米磁敏感測器、奈米生物感測器和奈米光纖感測器。奈米感測器尺寸主要取決於探針針頭大小，感測器尺寸可顯著減小，同時感應時間大大縮短，滿足微觀高精度測量需要。隨著工業生産和環境監測的需要，奈米氣敏感測器的研發獲得了長足的進展，未來有望率先實現商業化應用。

　　目前已經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奈米管。此種碳奈米管使得感測器在複雜的氣體環境中具有選擇性，區分度和靈敏度較之傳統的感測器顯著提升。

　　單壁碳奈米管具有優異的電子、機械、力學等性能，但是奈米管製備一直是難點。實現結構和性質可控的製備是單壁碳奈米管應用的基礎和關鍵，同時也成為碳奈米管研究和應用發展的瓶頸。

　　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。採用石墨烯製成的透明電極，不僅具備傳統電極的導電特性，同時還可以彎曲折疊，在搭建過程中可與建築構成一體化，更加經濟和實用。透明導電電極不僅應用於太陽能領域，同時還可應用在觸摸屏、液晶屏、發光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産品，包括觸摸屏和超級電容。若能成功商業化，未來有望改變電子行業製造格局。