石墨烯是一種二維晶體，石墨烯獨特的結構使它具有優異的電學、力學、熱學和光學等特性，例如石墨烯具有100倍於硅的超高載流子遷移率、高達130GPa的強度、很好的柔韌性和近20%的伸展率、超高熱導率、高達2600m2/g的比表面積，並且幾近透明，在很寬的波段內光吸收只有2.3%。這些優異的物理性質使石墨烯在射頻晶體管、超靈敏傳感器、柔性透明導電薄膜、超強和高導複合材料、高性能鋰離子電池和超級電容器等方面展現出巨大的應用潛力。
儘管石墨烯還沒有實現大規模的產業化，但是，市場對於石墨烯的應用十分看好，就目前的研發成果顯示，未來石墨烯將廣泛應用於以下四大領域。
1.電子材料領域
作為電極材料，石墨烯是絕佳的負極材料，被認為是可以替代硅的芯片材料。另外，石墨烯在柔性屏幕、可穿戴設備、太陽能充電等領域的應用還有待挖掘。
據悉，英國曼徹斯特大型已經開發出僅有10至40個原子厚度的石墨烯LED屏幕，擁有超薄、可彎曲的特性。這意味著未來，電子設備的屏幕可以進一步降低厚度、更為靈活，甚至實現整體柔性化。
石墨烯在可穿戴設備領域也具有一定應用空間。例如，愛爾蘭科學家正在開發基於石墨烯的靈活可穿戴傳感器，並發現該傳感器能夠檢測到用戶最細微的動作，包括跟蹤呼吸和脈搏。另外，該傳感器還能實現自供電，也許未來能夠應用在智能服裝中。
2.散熱材料領域
金屬材料在散熱應用方面存在難於加工、耗費能源、密度過大、導電、易變形以及廢料難回收等諸多問題，幾乎沒有太大的降價空間。而納米石墨烯導熱塑料如應用在LED燈具等產品的散熱上，其系統成本至少可以降低30%。石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的納米新材料，是目前人類所發現的幾乎完美的平面原子結構，其出色的導電、導熱以及散熱性能讓各行各業均對其寄予厚望。
石墨烯是二維的單層碳原子晶體，與三維材料相比，其低維結構可顯著削減晶界處聲子的邊界散射，並賦予其特殊的聲子擴散模式。石墨烯所具有的快速導熱與散熱特性使得石墨烯成為極佳的散熱材料，可用於智能手機、平板電腦、大功率節能led照明、衛星電路、激光武器等的散熱。
3.生物醫學領域
石墨烯具有突出的力學性能和生物相容性，將其作為增強填料可顯著提高生物材料的力學性能。
生物傳感器是生命分析化學及生物醫學領域中的重要研究方向，已廣泛應用於臨床疾病診斷和治療研究。石墨烯製成的生物傳感器對生命分析領域的快速發展具有重要現實意義。在基因組測序技術領域，最近成功開發出來的DNA感測器，是一種以石墨烯為基礎的場效應類晶體管設備，能探測DNA鏈的旋轉和位置結構。該感測器利用石墨烯的電學性質，成功實現檢測DNA序列的微觀功能。
4.軍工領域
從中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟(簡稱聯盟)獲悉，為促進石墨烯在軍工領域的推廣應用，2015年1月16日，聯盟將舉行軍工應用委員會成立授牌儀式。
我國政府和國防軍工方面的領導和專家對石墨烯在軍工領域的應用前景十分關注。據悉，今年年初，在哈爾濱召開的“石墨烯軍工應用技術研討會”上，總裝備部、國防科工局、各軍工集團相關領導、專家，以及石墨烯產業領域專家與企業家、軍工及民口配套單位代表共同研討石墨烯在軍工方面的應用前景。
由於石墨烯具有高導電性、高韌度、高強度、超大比表面積等特點，業內人士認為，石墨烯在航天軍工等領域有廣泛應用。據悉，我國科學家發現石墨烯可做太空動力源。通過對石墨烯在光作用下的運動現象的研究表明，石墨烯材料可將光能直接轉化為動能，這標誌著石墨烯材料將成為一種新的動力來源，這種動力源將遠高於光壓現象所產生的動力源。未來，石墨烯可能為星際探索、衛星變軌等提供無盡的動力。
結語
石墨烯由於優越的特性，業內預計未來5至10年，全球石墨烯產業規模會超過1000億美元。更有樂觀者認為，石墨烯的市場潛在規模至少在萬億元以上。就目前情況來講，石墨烯市場化的最大阻礙是市場需求和價格，石墨烯未來產業化之路遙遙，需要政府的支持，和研發人員的開拓創新，相信通過共同努力，石墨烯將在更多的領域大放異彩。
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