憑藉自身良好的光、電、熱、力等性能，石墨烯具有諸多超乎想象的功能。例如，在塑料裡摻入1%的石墨烯，就能使塑料具備良好的導電性；加入1‰的石墨烯，能使塑料的抗熱性能提高30℃。在理論上，石墨烯作為儲能材料、複合材料、結構材料、功能材料在能源、電子信息、生物醫藥、環境保護等領域擁有廣闊的應用前景。利用電子遷移率高、耗能低、散熱性強與體積小等特點，石墨烯目前最有潛力的應用是替代硅成為下一代的芯片材料，生產出運行速度遠超現在數百倍的超級計算機，併為方興未艾的無人駕駛技術提供強大的運算力支持。用石墨烯製成的電池能讓手機充電5秒就實現電池滿格，並可連續使用達半個月，能讓新能源電動汽車充電10分鐘行駛1000公里（超過傳統汽車的續航水平）。
石墨烯製成的柔性觸摸屏能讓手機、Pad等電子設備隨意彎曲。石墨烯良好的生物相容性，讓其可以用於藥物載體和製作人造骨骼。比起微米級的細菌，納米級的石墨烯要比其小1000倍，這使石墨烯能如利刃般直接把細菌殺死，故而利用石墨烯製成的新型抗菌藥能替代抗生素，以解決抗生素濫用問題。利用石墨烯的吸附、“零滲透”性能，可以用其治理水汙染、大氣汙染、土壤汙染與談化海水。優異的機械性能可以讓石墨烯取代鋁、鋼成為製造各種設備、器件的新型材料，製造出超薄超輕型的飛機汽車、超輕超堅韌的防彈衣、高強度橡膠、塑料等產品。用石墨烯製造的射頻器件可以實現超高速、超低噪聲、超低功率的射頻電路，對通信、電子戰、雷達及其他國防系統將產生重大影響。
放眼未來，如果石墨烯的性能被徹底發揮出來，那麼大數據、物聯網、雲計算、智能設備等各項前沿領域將會取得重大突破，不僅將會實現“萬物互聯”，人們習以為常的生產生活方式也會被徹底顛覆。單單是暢想未來，你可以穿著由石墨烯製成的超薄超輕的衣物，坐在依靠石墨烯電池驅動的新能源汽車裡，還能夠用石墨烯手機實時操控家裡、辦公室裡的各種設備，就足以讓人血脈擴張！
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