石墨烯是一种二维晶体，由六边形排列的碳原子相互连接形成一个碳分子，结构非常稳定。随着连接的碳原子越来越多，这个二维的碳分子平面在扩大，分子越来越大。单层石墨烯只有一个碳原子厚，也就是0.335纳米，相当于一根头发的20万分之一的厚度。1毫米厚的石墨中大约会有150万层石墨烯。石墨烯是已知最薄的材料，具有极高的比表面积、超强的导电性和强度等优点。以上优点的存在是因为它有很好的市场前景。
领域一：导电油墨导电油墨是由导电材料制成的油墨，具有一定的导电性，可用于印刷导电点或导电线。近年来被广泛应用于手机、玩具、薄膜开关、太阳能电池、远红外加热薄膜、射频识别技术等领域。过去几十年，导电油墨最大的下游是太阳能电池和显示器件。未来，包括触摸传感器及其电极、RFID和电子纸在内的应用也将保持增长。
石墨烯导电油墨具有强大的优势和广阔的发展前景。导电油墨是一种填充型复合材料，印刷烧结后具有导电性能。石墨烯在油墨中的优势主要有两个：一是兼容性强，石墨烯油墨可以印刷在塑料薄膜、纸张、金属箔等各种基材上；第二，性价比高。与现有的纳米金属导电墨水相比，石墨烯墨水具有更大的成本优势。
由于石墨烯的良好性能，石墨烯制成的墨水具有电阻低、导电性强、光学透明度高等特点，广泛应用于各种导电电路、传感器、射频识别系统、智能包装、医疗监护仪等电子产品中。2015年，导电油墨的产量也已经达到80万吨。预计到2015年导电油墨产量将达到130万吨。随着石墨烯生产技术的成熟和成本的降低，石墨烯导电油墨将逐渐占据市场份额。预计到2020年，石墨烯在导电油墨领域应用的市场规模将达到2亿元。
领域二：传感器石墨烯因其独特的二维结构而广泛应用于传感器，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子转移快、蛋白质易于固定并保持其活性等特点，可以提高传感器的性能。它主要用于制造气体、生物小分子、酶和DNA的电化学传感器。新加坡南洋理工大学研发出一种石墨烯光学传感器，灵敏度是普通传感器的1000倍。伦斯勒理工学院开发了一种廉价的石墨烯海绵传感器，其性能远远超过现有的商用气体传感器。
领域3:生物材料石墨烯材料在生物领域有很多应用。其中，氧化石墨烯可以制成纳米抗菌材料，其抗菌性能源于其对大肠杆菌细胞膜的破坏。由于其丰富的材料来源，这种新的晶体材料有望在环境测试和临床医学中得到广泛应用。
2010年3月，美国国家纳米科学中心方盈研究组和哈佛大学Lieber研究组首次成功制备了石墨烯与动物心肌细胞人工突触的相关研究成果。此次合作建立了一维和二维纳米材料与细胞相结合的独特研究体系，这将为生物电子学的研究带来新的机遇。石墨烯具有毒性低、比表面积大等优异性能，在药物载体方面具有潜在的应用价值。胡等采用一步合成法制备了Plannik PF127/石墨烯复合物，可有效负载阿霉素，负载率为28.9%，在生理溶液中具有较高的稳定性和分散性。
此外，还制备了基于壳聚糖-石墨烯复合物的葡萄糖氧化酶生物传感器。GOD具有快速电子转移的性质，灵敏度为37.93al/(mmolcm2)，线性检测范围为0.08 ~ 12 mmol/L，在葡萄糖的检测中表现出优异的性能。用PEG包裹荧光标记的纳米石墨烯片(NGS)在体内异种移植皮肤肿瘤的荧光成像中显示出较高的肿瘤摄取率，这表明石墨烯在肿瘤治疗方面具有巨大的潜力。通过简单的方法制备的石墨烯-Fe3O4磁性纳米复合材料具有高活性和广泛的温度和pH依赖性，这是天然酶所不能达到的。石墨烯的共轭平面结构丰富了底物分子和与底物的快速电荷转移，对提高模拟酶的活性有很大的辅助作用。
领域四：石墨烯，一种储能材料，在储能方面也有重要作用。氢能一直被认为是非常优质的能源。但储氢材料由于密度低，容易爆炸，一直是人们研究的重点，石墨烯材料的出现将在储氢方面得到广泛应用。希腊大学的研究人员Froudakis设计了一种新的3D碳材料。当这种新型碳材料掺杂锂原子时，石墨烯柱的储氢量可以达到6.1%(质量分数)。Ataca等人[22]利用第一性原理平面波方法得出钙原子掺杂的石墨烯储氢量可达8.4%(质量分数)，钙原子会保留在石墨烯表面，有利于回收利用。陈等利用二维石墨烯片掺杂钯纳米颗粒，然后与活性炭受体混合作为储氢材料。实验表明，该材料在10MPa下的储氢量为0.82%(质量分数)，比不含石墨烯的钯材料提高了49%，并且该材料的吸附具有高度的可逆性。
石墨烯具有特殊的二维柔性结构，在制作高能量、柔性和微型超级电容器方面具有巨大的潜力。彭等将二氧化锰纳米片与石墨烯混合制成柔性平面超级电容器。这种平面结构不仅引入了更多的电化学表面吸附/脱附电解质离子，还为充放电过程中的电荷转移提供了更多的界面。其电化学比容量可达233F/g，7000次充放电循环后仍能保持92%的容量。
领域五：锂电池石墨烯在锂离子电池中的应用是多样化的。目前已商业化作为正极材料中的导电添加剂，改善电极材料的导电性，提高倍率性能和循环寿命。目前比较成熟的应用是将石墨烯制成导电浆料，用于涂覆磷酸铁等正极材料。目前，正极用涂料浆料主要包括石墨浆料、碳纳米管浆料等。随着石墨烯粉末和石墨烯微片粉末的量产以及成本的不断降低，石墨烯浆料将会表现出更好的涂覆性能。石墨烯浆料会随着锂电池的增长而稳步增长。锂离子电池主要应用于手机、笔记本电脑、相机等便携式电子设备，并积极向电动汽车等新能源汽车拓展，具有长远发展前景。
由于石墨烯可以提高电池的性能，因此对动力电池性能要求的不断提高必将推动石墨烯在电池领域的发展。同时，石墨烯电池产业规模有望充分受益于动力电池的放量，分享新能源汽车产业的增长。
领域六：半导体材料石墨烯被认为是替代硅的理想材料，大量有实力的企业开发了石墨烯半导体器件。韩国成均馆大学开发出一种高度稳定的N型石墨烯半导体，可以长时间暴露在空气中。哥伦比亚大学开发了石墨烯-硅光电混合芯片，在光互连和低功耗光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发了石墨烯场效应晶体管，其截止频率可以达到100GHz，频率性能远远超过最先进的相同栅极长度的硅晶体管的截止频率(40GHz)。
石墨烯产业发展现状石墨烯产业最大的瓶颈在于尚未形成完整的产业链。目前仍然没有能够将石墨烯应用于大规模生产的产品，对石墨烯需求最大的仍然是各大高校和科研机构的研究和使用。
石墨烯在国内市场的研发和应用需要5-10年，达到成熟的产业规模需要更长的时间。目前国内还没有生产石墨烯的上市公司，只有几家生产碳纤维产品的公司在研发石墨烯产品，目前都不具备量产的能力。
但在国家和地方政府的支持下，近年来我国石墨烯产业化发展迅速，初步建立了以石墨烯的原料、研发、制备、应用为主体的产业链。截至2015年，我国从事石墨烯产业的企业已超过1000家，产业应用不断推进。
在政府的积极介入下，石墨烯产业初步形成了政府、科研机构、R&D、应用企业协同创新的“官产学研”合作对接机制。良性发展趋势将有助于石墨烯企业充分享受地方政策、税收优惠和资金支持，未来产业化发展有望提速。
