石墨烯在熱學、力學和電學方面，都能發揮自己的特性。所以石墨烯的制備和生產技術能夠直接影響到很多行業。

　　歸納分析石墨烯的各類功能，將來運用的領域將會十分廣闊，首要集中在電子行業及化工行業，尤其是在電子行業的鋰電池電極、觸摸屏、超級電容領域和化工行業的涂層、保險、吸附、淡化領域等。

　　復合材料領域

　　1. 抗靜電塑料

　　通常，高分子材料表面電阻率大于1 012 Ω·cm， 抗靜電包裝材料要求表面電阻率為107～1 011 Ω·cm，通常使用碳黑作抗靜電劑，填充的質量分數高達15%，對塑料制品的力學性能、表面光潔度有劣化影響。此外，碳黑易從基體中析出，從而造成電子器件短路等問題。因此，業界一直在嘗試使用具有更高導電性能的納米碳材料(如碳納米管)作為抗靜電劑，可以將石墨烯抗靜電塑料母粒作為研發方向。

　   2. 電纜屏蔽樹脂

　　隨著國家輸配電等級的提高，尤其是電動汽車的快速發展，電網電流穩定性降低，電纜中過氧化物的放熱和局部放電問題日益突出。石墨烯擁有良好的導電性、導熱性和高比表面積，建議研究機構重點開展電纜屏蔽樹脂中石墨烯的添加比例、均勻分散等研究。利用研發和生產機構重點解決加工成型等難題，快速形成專利，并在電纜加工和生產企業推廣應用。

　　3. 合成橡膠添加劑

　　美國Vorbeck Materials公司開發了“Vor-x”石墨烯導電添加劑，在橡膠中添加質量分數為4%的“Vor-x”石墨烯，其導電率達到0.3 S/m。同時，石墨烯擁有極高的硬度，在橡膠中加入適宜比例石墨烯，可有效提高輪胎耐磨性，降低滾動阻力。

　　4. 抗拉伸改性樹脂

　　石墨烯作為添加劑在樹脂中的應用還有很多，如聚丙烯母粒/石墨烯、聚丙烯片材/石墨烯、超高相對分子質量聚乙烯纖維/石墨烯等。歐洲Nano Masterd的項目組負責人表示，添加質量分數為5%的石墨烯能把熱塑性聚烯烴和聚丙烯的性能增強1倍，把質量分數為1%的石墨烯與聚甲基丙烯酸甲酯混合，復合材料的拉伸彈性模量提高80%。石墨烯增強的熱塑性復合材料和色母粒能適應現有生產，為注塑、擠出和吹膜大批量生產零部件賦予新的特性。美國OvaTIon Polymers公司已經推出了石墨烯熱塑性色母料和復合母料。此外，廈門凱納石墨烯技術有限公司開發了導電石墨烯微片，聚碳酸酯中添加質量分數為10%的石墨烯微片就可達到導電級別;與添加質量分數為10%的超導炭黑(價格為20多萬元/t)性能相當。美國XG Science公司也提供導電石墨烯微片產品。

　　應用領域

　　1. 導電油墨

　　導電油墨是用導電材料制成的油墨，具有一定程度導電質，可作為印刷導電點或導電線路之用。近年來在手機、玩具、薄膜開關、太陽能電池、遠紅外發熱膜以及射頻識別技術等行業中應用越來越廣泛。過去數十年，導電油墨最大的下游是太陽能電池以及顯示器件。未來包括觸摸傳感器及其電極、RFID以及電子紙張的應用也將同時保持增長。

　　石墨烯導電油墨具有強大優勢，發展前景看好。導電油墨屬于填充型復合材料，是印刷與燒結處理后具有導電性能的油墨。石墨烯應用在油墨的優勢主要有兩點：一是兼容性強，石墨烯油墨可在塑料薄膜、紙張及金屬箔片等多種基材上實現印刷;二是性價比高，與現有的納米金屬導電油墨相比，石墨烯油墨具有較大的成本優勢。

　　2. 傳感器

　　石墨烯因其獨特的二維結構在傳感器中有廣泛的應用，具有體積小、表面積大、靈敏度高、響應時間快、電子傳遞快、易于固定蛋白質并保持其活性等特點，能提升傳感器的各項性能。主要用于氣體、生物小分子、酶和DNA 電化學傳感器的制作。新加坡南洋理工大學開發出了敏感度是普通傳感器1000 倍的石墨烯光傳感器;美國倫斯勒理工學院研制出性能遠超現有商用氣體傳感器的廉價石墨烯海綿傳感器。

　　3. 生物材料

　　石墨烯類材料在生物領域有著多方面的應用，其中氧化石墨烯可以制成納米抗菌材料，抗菌性源于其對大腸桿菌細胞膜的破壞。由于其具有豐富的材料來源，這種新型的晶體材料有望在環境檢測和臨床醫學領域得到廣泛應用。

　　2010年3月，國家納米科學中心方英課題組和美國哈佛大學Lieber課題組合作首次成功制備石墨烯與動物心肌細胞的人造突觸的相關研究結果，此次合作建立了一維、二維納米材料與細胞相結合的獨特研究體系，將為生物電子學的研究帶來新的機遇。由于石墨烯還具有毒性低、比表面積大等優異性能，在藥物載體方面蘊含著潛在的應用價值。Hu等采用一步合成法制備了普郎尼克PF127/石墨烯復合物，可以有效負載阿霉素，負載率可達到289%，并且在生理溶液中具有很高的穩定性和分散性。

　　4. 儲能材料

　　石墨烯在能源存儲方面也有著舉足輕重的作用，氫能一直以來都被看作是非常優質的能源，但由于它的密度低、易爆炸的特點，儲氫材料一直是人們研究的熱點，石墨烯類材料的出現將在氫能存儲中得到廣泛的應用。希臘大學研究人員Froudakis等設計了新型3D碳材料，當這種新型碳材料摻雜了鋰原子時，石墨烯柱的儲氫量可達到6.1%(質量分數)。Ataca等[22]利用第一性原理平面波法得到石墨烯被鈣原子摻雜后儲氫量可到達8.4%(質量分數)，鈣原子會留在石墨烯表面，有利于循環使用。Chen等利用二維石墨烯片摻雜鈀納米顆粒后再混合活性炭受體，用作儲氫材料。實驗證明，這種材料在10MPa下儲氫量為0.82%(質量分數)，比不含石墨烯的鈀材料提升了49%，而且此材料的吸附是高度可逆的。

　　5. 鋰電池

　　石墨烯在鋰離子電池中的應用比較多元化，目前已經實現商業化的是用在正極材料中作為導電添加劑，來改善電極材料的導電性能，提高倍率性能和循環壽命。目前比較成熟的應用是將石墨烯制成導電漿料用于包覆磷酸鐵鏗等正級材料。正極用包覆漿料目前主要包括石墨漿料、碳納米管漿料等，隨著石墨烯粉體、石墨烯微片粉體量產、成本持續降低的情況下，石墨烯漿料將呈現更好的包覆性能。石墨烯漿料將隨鋰電池增長而穩步上升。鋰離子電池主要應用于手機、筆記本電腦、攝像機等便攜式電子器件等方面，并積極地向電動力汽車等新能源汽車領域擴展，具有長期發展前景。

　　6. 半導體材料

　　石墨烯被認為是替代硅的理想材料，大量有實力的企業均開展了石墨烯半導體器件的研發。韓國成均館大學開發出了高穩定性n型石墨烯半導體，可以長時間暴露在空氣中使用。美國哥倫比亞大學研發出石墨烯-硅光電混合芯片，在光互連和低功率光子集成電路領域具有廣泛的應用前景。IBM 的研究人員開發出了石墨烯場效應晶體管，其截止頻率可達100GHz，頻率性能遠超相同柵極長度的最先進硅晶體管的截止頻率(40GHz)。

　　國外對石墨烯的研究展望總結

　　1. 利用石墨烯膜可以將鹽從海水中分離

　　地球表面大部分被水所覆蓋，但是由于大量的鹽的存在，使得我們很難將它當做飲用水的來源。為了解決這個問題，曼徹斯特大學的研究人員已經開發出一種可擴展的、孔徑大小均勻的氧化石墨烯薄膜，它可以過濾掉極其微小的鹽顆粒，而不過多影響水的流動。

　　由于石墨烯膜被淹沒在水中時會變得膨脹起來，它不能過濾掉那些極其微小的普通鹽離子。為此，他們找到一個通過物理方式來控制薄膜在水中膨脹程度的方法。該方法使它們比普通鹽離子的孔徑更小，從而過濾掉不想要的鹽、顆粒和分子。與此同時，這種薄膜仍然允許水流十分順利地通過。

　　從長遠來看，有研究小組指出，調整孔徑大小以過濾特定離子的基本思想可以應用于不同的薄膜，也有著不同的用途。

　　2. 變形或破裂時可變色的石墨烯涂層可檢測裂紋

　　德國萊布尼茲聚合物研究所研究團隊開發了一種石墨烯涂層，它在變形或破裂時可改變顏色。例如，機翼和其他飛機部件可以產生微小的裂紋，當受到突然的壓力時，可能會導致故障。在這項新的努力中，研究人員已經開發了一種這種材料的涂層，這將使檢查員更容易發現可能導致故障的微小裂紋。

　　通過使用特殊的沉積方法重疊具有有序和無序特征的石墨烯納米片(GNP)，實現了獨特的“魚鱗”結構。通過精細平行多層膜的機械調諧觀察到可變結構著色。 此外，結合可變結構著色和電氣感測功能的方法，使用幾種顏色來解決“交通燈”中的危險報警和安全性系統，他們為材料故障前的危險等級和微裂紋的早期警告帶來了第一個有價值的步驟。

　　3. 石墨烯光電晶體管有望用于光學技術

　　石墨烯是一種薄碳層，可應用于光電方面，研究人員正在努力研發石墨烯光電探測器，這些器件對許多技術都至關重要。然而，由石墨烯制成的典型光電探測器僅僅能小面積感應光，因而也限制了其性能。

　　目前，研究人員通過將石墨烯與相對質量較大的碳化硅材料相結合，研制出了可被光激活的石墨烯場效應晶體管，因而解決了這個問題。”高性能光電探測器可應用于諸多方面，包括天體物理學高速通信、超靈敏攝像機、感測應用、可穿戴電子設備等。另外石墨烯晶體管陣列會帶來高分辨率成像和顯示。未來研究方向主要包括探索諸如閃爍體、天體物理學成像技術和高能輻射傳感器等。

　　4. 石墨烯有望促進神經細胞再生

　　一種非常規的工程技術也許能夠克服神經再生的障礙。來自愛荷華州立大學的科學家們已經開發出了一種利用噴墨打印機的納米技術，這種技術可以生成多層石墨烯電路。這種技術的最終結果有望將間質干細胞(形成骨、軟骨和脂肪細胞)轉化為施旺細胞，這種細胞在促進神經細胞的康復中起著多種作用。

　　在一份聲明中，共同第一作者、愛荷華州的生物化學工程博士后研究員Metin Uz說，“這項技術可能會獲得一個更好的方法來分化干細胞。” 然而，改進這種方法可能會影響體內受損神經的修復方式。

　　根據該團隊的研究結果，可以得出結論：“靈活的石墨烯電極可以適應損傷部位，并為神經細胞再生提供了直接的電刺激，這些結果為體內神經再生鋪平了道路。”

       石墨烯的研究還在繼續，石墨烯的應用領域也會越來越廣泛，石墨烯有望在醫學等行業都發揮自己的作用。