总体而言，石墨烯应用领域将主要集中在电子、新能源、生物医疗、高精度制造业、水处理等高精尖技术领域。
目前已经有用化学气相沉积法在分散有催化剂的SiO2/Si基片上制得的单个的单壁碳纳米管。此种碳纳米管使得传感器在复杂的气体环境中具有选择性，区分度和灵敏度较之传统的传感器显著提升。
传统电极材料多采用ITO（铟锡氧化物）。铟元素价格昂贵，且较为稀有。行业正在寻找一种成本更低的材料以替代ITO。石墨烯以其独有的导电透明性质成为备选材料。采用石墨烯制成的透明电极，不仅具备传统电极的导电特性，同时还可以弯曲折叠，在搭建过程中可与建筑构成一体化，更加经济和实用。透明导电电极不仅应用于太阳能领域，同时还可应用在触摸屏、液晶屏、发光LED和超级电容等多种光电领域。目前全球实验室将石墨烯电极应用至上述多类型产品，包括触摸屏和超级电容。若能成功商业化，未来有望改变电子行业制造格局。
石墨烯具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质，是目前最薄也是最坚硬的纳米材料，同时具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，未来有望在电极、电池、晶体管、触摸屏、太阳能、传感器、超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用，是最有前景的先进材料之一。
石墨烯是由单层碳原子构成的六角形蜂巢晶格的平面二维材料，结构稳定，各项物理性质优异。石墨烯的发现颠覆了凝聚态物理学界既往的二维材料不能在有限温度下存在的观念。
石墨烯材料分为两类，一类是由单层或多层石墨烯构成的薄膜，另一种是由多层石墨烯构成的微片。石墨烯薄膜又分为单晶薄膜和多晶薄膜。其中单晶薄膜可以用于集成电路等电子领域，但是产业化尚待时日。而多晶薄膜有望在5-10年内实现产业化应用，替代ITO玻璃用于制造触摸屏（特别是柔性制造屏）和其他需要透明电极的领域。除了纯石墨烯之外，另外还有很多石墨烯衍生物，未来也会有较为广泛的应用。
传感器方面，纳米传感器尺寸小、精度高。原子级别的传感器与普通传感器相比，具备多种独有的微观性质，显著拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器可广泛应用于生物、化学、机械、航空、军事等方面。纳米传感器主要包括纳米磁敏传感器、纳米生物传感器和纳米光纤传感器。纳米传感器尺寸主要取决于探针针头大小，传感器尺寸可显著减小，同时感应时间大大缩短，满足微观高精度测量需要。随着工业生产和环境监测的需要，纳米气敏传感器的研发获 石墨烯良好的电导性能和透光性能，使其在透明电导电极方面有非常好的应用前景。试验证明，石墨烯比表面积高达2600平方米/克，导电性极高，且储能效率是现有材料的近两倍，是理想的电极材料。石墨烯在取代其他电极材料方面有广阔的应用前景，即便是目前商用超级电容器使用的活性炭等材料，比表面积也不过1000-1800平方米/克，石墨烯的电学综合性能显著超越当前的各种材料。得了长足的进展，未来有望率先实现商业化应用。
单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，但是纳米管制备一直是难点。实现结构和性质可控的制备是单壁碳纳米管应用的基础和关键，同时也成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。
石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为"黑金"，是"新材料之王"，科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪"。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
由于是最薄、最强韧、导电导热性最好的纳米材料，石墨烯一经问世便被公认为21世纪最有前途的新材料，可广泛应用于微电子、物理、能源材料、化学、生物医药、航空航天、环保等领域。在制造工艺中加入石墨烯后，智能手机的触摸屏或将更薄、更轻，同时又最不易碎；手机充电或许只要几秒钟；计算机处理器的运转速度或将提高数百倍，等等。
然而，制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的最大“拦路虎”。尽管曼彻斯特大学的教授们首次提取出石墨烯，是直接从石墨中剥离而来，但这种原始办法不可能用于大规模工业生产。
此后，人们也通过化学气相沉积法(CVD)、溶剂剥离法、液相氧化还原法等多种工艺手段制备出了石墨烯，却在质量、成本、产率等方面各有优劣。迄今为止，科学家们还在继续探寻真正适用于产业化生产的制备工艺。
不过，在中国，人们已经可以买到各种各样的石墨烯产品。新三板上市公司圣泉集团已经在市场推出了石墨烯袜子和内衣。该公司宣称，他们在产品中添加了生物质石墨烯“内暖”纤维，这是一种全新的智能多功能复合纤维，“具有激活免疫细胞、防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、增温增阳等特性，还可以除臭”。
这些产品目前的定价远高于常规产品，一条内裤的价格接近300元，一条石墨烯腰带的价格需近600元，而发热服则卖到1700元左右。
国家层面正在积极主推石墨烯产业，石墨烯被写进新材料“十三五规划”也已成定局。工信部原材料司司长周长益日前在2015石墨烯创新大会上透露，包括新材料产业发展的“十三五”规划正在编制并即将出台。其中，欲将石墨烯产业打造成新材料产业发展的先导性产业，到2020年产业规模将突破百亿。
尽管石墨烯产业依然处于婴儿期，却并不妨碍资本市场发挥想象。目前，中国的石墨烯企业已超过100家。据界面新闻记者统计，A股至少有25家上市公司涉足石墨烯概念。
“目前大家都处于发展初期，还没有出现优势特别大的龙头。”中国石墨烯联盟秘书长李义春称，据其所知，华丽家族在石墨烯的投资是国内最大的，投资对象包括宁波墨西和重庆墨希，这两家公司在石墨烯领域有一定技术实力，“但能否形成产业龙头，还需要观察。”
今天涨停的乐通股份亦与宁波墨西共同开发石墨烯油墨项目，项目计划总投资1亿元，乐通股份占股80%。不过，该项目进展缓慢，一度受到市场质疑。
方大碳素早在2011年7月就通过定增募集资金28亿元，投向特种石墨的研发生产。2013年2月，该公司与清华大学核能与新能源技术研究院合作，探索高温气冷堆核石墨领域。但除了以石灰石为原料制备石墨烯的方法获得发明专利外，目前尚无实质性研究成果。
中泰化学则通过资产重组切入石墨烯产业。2013年7月，该公司以增资扩股方式对厦门凯纳石墨烯技术有限公司进行重组，持股35%，投资总额为1412.78万元。后者是国内第一家从事石墨烯、石墨烯微片生产研发的新兴专业化高科技企业，主要产品有石墨层数为1-10层、厚度小于5nm的KNG-G5产品；石墨层数在10层以上，厚度小于100nm的KNG-150和KNG-180等系列产品。
烯碳新材主要是成立石墨烯产业投资基金，对一些有前景的石墨烯领域和公司进行投资。东旭光电则重点开展高性能石墨烯透明导电薄膜、石墨烯散热材料、石墨烯锂离子电池负极材料和超级电容器的标准化产品、量产工艺及配套装备的研发及产业化孵化工作。
德尔未来、力合股份、康得新、中超控股、南都电源、锦富新材、大富科技、西藏城投、宝泰隆、悦达投资、中天科技、正泰电器等企业纷纷斥资研发生产石墨烯产品。
此外，长信科技、莱宝高科、珈伟股份、新纶科技、南洋科技、格林美等企业则与科研院所合作成立石墨烯实验室，或成立合资公司进行石墨烯技术开发。
发行了中国第一张股票的房地产公司中国宝安，亦屡次炒作石墨烯概念。此前曾有市场传闻，将其称为中国第一家实现石墨烯量产的企业，但中国宝安证券部工作人员在接受《中国经营报》采访时却表示，该公司石墨烯项目尚处于应用研究阶段，无法预测对公司未来收益的影响程度。
有意思的是，尽管石墨烯概念屡被市场炒作，股价接连大涨，而维科精华、四川路桥以及此次位居涨停行列的新华锦，均曾发布公告澄清，上市公司并不涉及石墨烯业务。
证金、汇金亦持有一部分石墨烯概念股，此前通过公告或互动平台披露的有宝泰隆、华丽家族、西藏城投。
事实上，尽管众多上市公司纷纷涉足石墨烯领域，目前却均未实现批量生产。而多次被拿来炒作的“石墨烯电池”，甚至被人称为是个“弥天大谎”。
清华能源互联网研究员刘冠伟称，“石墨烯电池”这个技术接近于不存在，石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率，而对于容(能)量的提升基本没有任何帮助，其噱头意义远大于实用价值。“而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的，应用的希望十分渺茫。”他说。
李义春亦表示，石墨烯概念股股价已经开始透支部分预期。不过他依然相信，随着产业化进程的加快，概念也有可能会变为现实。
众所周知，石墨烯应用领域主要集中在电子、新能源、生物医疗、高精度制造业、水处理等高精尖技术领域。石墨烯的混炼也逐步被大家关注。
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