1.單分子氣體偵測
石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)使它在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。巨大的表面積使它對周圍的環(huán)境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。這檢測目前可以分為直接檢測和間接檢測。通過穿透式電子顯微鏡可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程。通過測量霍爾效應(yīng)方法可以間接檢測單原子的吸附和釋放過程。當一個氣體分子被吸附于石墨烯表面時，吸附位置會發(fā)生電阻的局域變化。當然，這種效應(yīng)也會發(fā)生于別種物質(zhì)，但石墨烯具有高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠偵測這微小的電阻變化。
2.光能飛行器
中國南開大學(xué)2015年6月中在《自然》期刊下屬的自然光學(xué)期刊發(fā)布了一則研究報告，[66]陳永勝教授其團隊發(fā)現(xiàn)一種特殊三維構(gòu)型的石墨烯塊，在室溫且真空無阻力下被光線照射時居然會被推進移動，其效應(yīng)是巨觀的而非微觀，半公分立方大小的實驗體被光線照射后前進了數(shù)公分距離，其原理還是謎，推測可能是該種構(gòu)型石墨烯在受光后瞬間會產(chǎn)生大電子流，其非常適合用于太空領(lǐng)域的太陽帆，計算得知約50平方米的石墨烯帆能讓5公斤的酬載物在20分鐘加速到第一宇宙速度。
3.石墨烯納米帶
為了要賦予單層石墨烯某種電性（比如制造晶體管），會按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯納米帶（Graphene nanoribbon）。切開的邊緣形狀可以分為鋸齒形和扶手椅形。采用緊束縛近似模型做出的計算，預(yù)測鋸齒形具有金屬鍵性質(zhì)，又預(yù)測扶手椅形具有金屬鍵性質(zhì)或半導(dǎo)體性質(zhì)；到底是哪種性質(zhì)，要依寬度而定。可是，近來根據(jù)密度泛函理論計算得到的結(jié)果，顯示出扶手椅形具有半導(dǎo)體性質(zhì)，其能隙與納米帶帶寬成反比，實驗結(jié)果確實地展示出，隨著納米帶帶寬減小，能隙會增大。但是，直至2008年2月，尚沒有任何測量能隙的實驗試著辨識精確邊緣結(jié)構(gòu)。
石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低噪聲，這些優(yōu)良品質(zhì)促使石墨烯納米帶成為集成電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。有些研究者試著用石墨烯納米帶來制成量子點，他們在納米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉（quantum confinement）。
石墨烯納米帶的低維結(jié)構(gòu)具有非常重要的光電性能：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和寬帶光增益。這些優(yōu)良品質(zhì)促使石墨烯納米帶放在微腔或納米腔體中形成激光器和放大器。 根據(jù)2012年10月的一份研究表明有些研究者試著用石墨烯納米帶應(yīng)用于光通信系統(tǒng)，發(fā)展石墨烯納米帶激光器。
4.集成電路
石墨烯具備作為優(yōu)秀的集成電路電子器件的理想性質(zhì)。石墨烯具有高的載子遷移率（carrier mobility），以及低噪聲，允許它被用作在場效應(yīng)晶體管的通道。問題是單層的石墨烯制造困難，更難作出適當?shù)幕濉?br>根據(jù)2010年1月的一份報告中，對SiC外延生長石墨烯的數(shù)量和質(zhì)量適合大規(guī)模生產(chǎn)的集成電路。在高溫下，在這些樣品中的量子霍爾效應(yīng)可以被測量。另請參閱IBM在2010年的工作的晶體管一節(jié)中，速度快的晶體管'處理器'制造了2-英寸（51-毫米）的石墨烯薄片。
2011年6月，IBM的研究人員宣布，他們已經(jīng)成功地創(chuàng)造了第一個石墨烯為基礎(chǔ)的集成電路-寬帶無線混頻器。電路處理頻率高達10 GHz，其性能在高達127℃的溫度下不受影響。
5.石墨烯晶體管
2005年，Geim研究組與Kim研究組發(fā)現(xiàn)，室溫下石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率（約10 am /V·s），并且受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性（300 K下可達0.3 m），這是石墨烯作為納電子器件最突出的優(yōu)勢，使電子工程領(lǐng)域極具吸引力的室溫彈道場效應(yīng)管成為可能。較大的費米速度和低接觸電阻則有助于進一步減小器件開關(guān)時間，超高頻率的操作響應(yīng)特性是石墨烯基電子器件的另一顯著優(yōu)勢。在現(xiàn)代技術(shù)下，石墨烯納米線可以證明一般能夠取代硅作為半導(dǎo)體。
6.透明導(dǎo)電電極
石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池、有機發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良。由于氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區(qū)域。
通過化學(xué)氣相沉積法，可以制成大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的陽極，并得到高達1.71%能量轉(zhuǎn)換效率；與用氧化銦錫材料制成的元件相比，大約為其能量轉(zhuǎn)換效率的55.2%。
7.導(dǎo)熱材料/熱界面材料
2011年,美國佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）學(xué)者首先報道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結(jié)構(gòu)在熱界面材料中的應(yīng)用及其超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻。
場發(fā)射源及其真空電子器件
早在2002年，垂直于基底表面的石墨烯納米墻就被成功制備出來。它被看作是非常優(yōu)良場致發(fā)射電子源材料。最近關(guān)于單片石墨烯的電場致電子發(fā)射效應(yīng)也見諸報道。
8.超級電容器
由于石墨烯具有特高的表面面積對質(zhì)量比例，石墨烯可以用于超級電容器的導(dǎo)電電極。科學(xué)家認為這種超級電容器的儲存能量密度會大于現(xiàn)有的電容器。
9.海水淡化
研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術(shù)。
10.太陽能電池
南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的實驗室報告高度透明的石墨烯薄膜的化學(xué)氣相沉積法在2008年的大規(guī)模生產(chǎn)。在這個過程中，研究人員創(chuàng)建超薄的石墨烯片，方法是在甲烷氣體中的鎳板上，由首先沉積的碳原子形成石墨烯薄膜的形式。然后，他們在石墨烯層之上鋪一層熱塑性保護層，并且在酸浴中溶解掉下面的鎳。在最后的步驟中，他們把塑料保護的石墨烯附著到一個非常靈活的聚合物片材，它可以被納入一個有機太陽能電池（石墨烯光伏電池）。石墨烯/聚合物片材已被生產(chǎn)，大小范圍在150平方厘米，和可以用來生產(chǎn)靈活的有機太陽能電池。這可能最終有可能運行能覆蓋廣泛的地區(qū)的廉價太陽能電池，就像報紙印刷機的印刷報紙一樣（卷到卷, （roll-to-roll））。
2010年，Xinming Li和Hongwei Zhu等人首次將石墨烯與硅結(jié)合構(gòu)建了一種新型的太陽能電池。在這種簡易的石墨烯/硅模型中，石墨烯不僅可以作為透明導(dǎo)電薄膜，還可以在與硅的界面處分離光生載流子。這種可以與傳統(tǒng)硅材料結(jié)合的結(jié)構(gòu)，為推動基于石墨烯的光伏器件開辟了新的研究方向。
11.石墨烯生物器件
由于石墨烯的可修改化學(xué)功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結(jié)構(gòu)等等特色，應(yīng)用于細菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優(yōu)良的選擇。
科學(xué)家希望能夠發(fā)展出一種快速與便宜的快速電子DNA定序科技。它們認為石墨烯是一種具有這潛能的材料。基本而言，他們想要用石墨烯制成一個尺寸大約為DNA寬度的奈米洞，讓DNA分子游過這奈米洞。由于DNA的四個堿基（A、C、G、T）會對于石墨烯的電導(dǎo)率有不同的影響，只要測量DNA分子通過時產(chǎn)生的微小電壓差異，就可以知道到底是哪一個堿基正在游過奈米洞。這樣，就可以達成目的。
12.抗菌物質(zhì)
中國科學(xué)院上海分院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。
13.石墨烯感光元件
一群來自新加坡專精于石墨烯材質(zhì)研究的科學(xué)家們，現(xiàn)在研發(fā)出將石墨烯應(yīng)用于相機感光元件的最新技術(shù)，可望徹底顛覆未來的數(shù)位感光元件技術(shù)發(fā)展。
新加坡南洋理工大學(xué)學(xué)者，研發(fā)出了一個以石墨烯作為感光元件材質(zhì)的新型感光元件，可望透過其特殊結(jié)構(gòu)，讓感光元件感光能力比起傳統(tǒng)CMOS或CCD要好上1,000倍，而且損耗的能源也僅需原本的1/10。這個感度幾乎提升到爆表的最新感光元件技術(shù)，根據(jù)資料，實際上還真的厲害到超出人眼可視的中紅外線范圍。與許多新的感光元件技術(shù)相同，這項技術(shù)初期將率先被應(yīng)用在監(jiān)視器與衛(wèi)星影像領(lǐng)域之中。但研究也指出，此技術(shù)終將應(yīng)用在一般的數(shù)碼相機?/ 攝影機之上，假若真的進入消費領(lǐng)域以石墨烯打造的最新感光元件，還可能制造成本壓到現(xiàn)今的1/5低。

標簽：可運石墨優(yōu)異