總體而言，石墨烯應用領域將主要集中在電子、新能源、生物醫療、高精度制造業、水處理等高精尖技術領域。
目前已經有用化學氣相沉積法在分散有催化劑的SiO2/Si基片上制得的單個的單壁碳納米管。此種碳納米管使得傳感器在復雜的氣體環境中具有選擇性，區分度和靈敏度較之傳統的傳感器顯著提升。
傳統電極材料多采用ITO（銦錫氧化物）。銦元素價格昂貴，且較為稀有。行業正在尋找一種成本更低的材料以替代ITO。石墨烯以其獨有的導電透明性質成為備選材料。采用石墨烯制成的透明電極，不僅具備傳統電極的導電特性，同時還可以彎曲折疊，在搭建過程中可與建筑構成一體化，更加經濟和實用。透明導電電極不僅應用于太陽能領域，同時還可應用在觸摸屏、液晶屏、發光LED和超級電容等多種光電領域。目前全球實驗室將石墨烯電極應用至上述多類型產品，包括觸摸屏和超級電容。若能成功商業化，未來有望改變電子行業制造格局。
石墨烯具備眾多優異的力學、光學、電學和微觀量子性質，是目前最薄也是最堅硬的納米材料，同時具備透光性好、導熱系數高、電子遷移率高、電阻率低、機械強度高等眾多普通材料不具備的性能，未來有望在電極、電池、晶體管、觸摸屏、太陽能、傳感器、超輕材料、醫療、海水淡化等眾多領域應用，是最有前景的先進材料之一。
石墨烯是由單層碳原子構成的六角形蜂巢晶格的平面二維材料，結構穩定，各項物理性質優異。石墨烯的發現顛覆了凝聚態物理學界既往的二維材料不能在有限溫度下存在的觀念。
石墨烯材料分為兩類，一類是由單層或多層石墨烯構成的薄膜，另一種是由多層石墨烯構成的微片。石墨烯薄膜又分為單晶薄膜和多晶薄膜。其中單晶薄膜可以用于集成電路等電子領域，但是產業化尚待時日。而多晶薄膜有望在5-10年內實現產業化應用，替代ITO玻璃用于制造觸摸屏（特別是柔性制造屏）和其他需要透明電極的領域。除了純石墨烯之外，另外還有很多石墨烯衍生物，未來也會有較為廣泛的應用。
傳感器方面，納米傳感器尺寸小、精度高。原子級別的傳感器與普通傳感器相比，具備多種獨有的微觀性質，顯著拓寬了傳感器的應用領域。納米傳感器可廣泛應用于生物、化學、機械、航空、軍事等方面。納米傳感器主要包括納米磁敏傳感器、納米生物傳感器和納米光纖傳感器。納米傳感器尺寸主要取決于探針針頭大小，傳感器尺寸可顯著減小，同時感應時間大大縮短，滿足微觀高精度測量需要。隨著工業生產和環境監測的需要，納米氣敏傳感器的研發獲 石墨烯良好的電導性能和透光性能，使其在透明電導電極方面有非常好的應用前景。試驗證明，石墨烯比表面積高達2600平方米/克，導電性極高，且儲能效率是現有材料的近兩倍，是理想的電極材料。石墨烯在取代其他電極材料方面有廣闊的應用前景，即便是目前商用超級電容器使用的活性炭等材料，比表面積也不過1000-1800平方米/克，石墨烯的電學綜合性能顯著超越當前的各種材料。得了長足的進展，未來有望率先實現商業化應用。
單壁碳納米管具有優異的電子、機械、力學等性能，但是納米管制備一直是難點。實現結構和性質可控的制備是單壁碳納米管應用的基礎和關鍵，同時也成為碳納米管研究和應用發展的瓶頸。
石墨烯(Graphene)是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，如果用一塊面積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貓。
石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。
另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。
作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為"黑金"，是"新材料之王"，科學家甚至預言石墨烯將"徹底改變21世紀"。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。
由于是最薄、最強韌、導電導熱性最好的納米材料，石墨烯一經問世便被公認為21世紀最有前途的新材料，可廣泛應用于微電子、物理、能源材料、化學、生物醫藥、航空航天、環保等領域。在制造工藝中加入石墨烯后，智能手機的觸摸屏或將更薄、更輕，同時又最不易碎；手機充電或許只要幾秒鐘；計算機處理器的運轉速度或將提高數百倍，等等。
然而，制備技術難題是阻礙石墨烯實現其潛在價值的最大“攔路虎”。盡管曼徹斯特大學的教授們首次提取出石墨烯，是直接從石墨中剝離而來，但這種原始辦法不可能用于大規模工業生產。
此后，人們也通過化學氣相沉積法(CVD)、溶劑剝離法、液相氧化還原法等多種工藝手段制備出了石墨烯，卻在質量、成本、產率等方面各有優劣。迄今為止，科學家們還在繼續探尋真正適用于產業化生產的制備工藝。
不過，在中國，人們已經可以買到各種各樣的石墨烯產品。新三板上市公司圣泉集團已經在市場推出了石墨烯襪子和內衣。該公司宣稱，他們在產品中添加了生物質石墨烯“內暖”纖維，這是一種全新的智能多功能復合纖維，“具有激活免疫細胞、防護紫外線、改善微循環、抗菌抑菌、增溫增陽等特性，還可以除臭”。
這些產品目前的定價遠高于常規產品，一條內褲的價格接近300元，一條石墨烯腰帶的價格需近600元，而發熱服則賣到1700元左右。
國家層面正在積極主推石墨烯產業，石墨烯被寫進新材料“十三五規劃”也已成定局。工信部原材料司司長周長益日前在2015石墨烯創新大會上透露，包括新材料產業發展的“十三五”規劃正在編制并即將出臺。其中，欲將石墨烯產業打造成新材料產業發展的先導性產業，到2020年產業規模將突破百億。
盡管石墨烯產業依然處于嬰兒期，卻并不妨礙資本市場發揮想象。目前，中國的石墨烯企業已超過100家。據界面新聞記者統計，A股至少有25家上市公司涉足石墨烯概念。
“目前大家都處于發展初期，還沒有出現優勢特別大的龍頭。”中國石墨烯聯盟秘書長李義春稱，據其所知，華麗家族在石墨烯的投資是國內最大的，投資對象包括寧波墨西和重慶墨希，這兩家公司在石墨烯領域有一定技術實力，“但能否形成產業龍頭，還需要觀察。”
今天漲停的樂通股份亦與寧波墨西共同開發石墨烯油墨項目，項目計劃總投資1億元，樂通股份占股80%。不過，該項目進展緩慢，一度受到市場質疑。
方大碳素早在2011年7月就通過定增募集資金28億元，投向特種石墨的研發生產。2013年2月，該公司與清華大學核能與新能源技術研究院合作，探索高溫氣冷堆核石墨領域。但除了以石灰石為原料制備石墨烯的方法獲得發明專利外，目前尚無實質性研究成果。
中泰化學則通過資產重組切入石墨烯產業。2013年7月，該公司以增資擴股方式對廈門凱納石墨烯技術有限公司進行重組，持股35%，投資總額為1412.78萬元。后者是國內第一家從事石墨烯、石墨烯微片生產研發的新興專業化高科技企業，主要產品有石墨層數為1-10層、厚度小于5nm的KNG-G5產品；石墨層數在10層以上，厚度小于100nm的KNG-150和KNG-180等系列產品。
烯碳新材主要是成立石墨烯產業投資基金，對一些有前景的石墨烯領域和公司進行投資。東旭光電則重點開展高性能石墨烯透明導電薄膜、石墨烯散熱材料、石墨烯鋰離子電池負極材料和超級電容器的標準化產品、量產工藝及配套裝備的研發及產業化孵化工作。
德爾未來、力合股份、康得新、中超控股、南都電源、錦富新材、大富科技、西藏城投、寶泰隆、悅達投資、中天科技、正泰電器等企業紛紛斥資研發生產石墨烯產品。
此外，長信科技、萊寶高科、珈偉股份、新綸科技、南洋科技、格林美等企業則與科研院所合作成立石墨烯實驗室，或成立合資公司進行石墨烯技術開發。
發行了中國第一張股票的房地產公司中國寶安，亦屢次炒作石墨烯概念。此前曾有市場傳聞，將其稱為中國第一家實現石墨烯量產的企業，但中國寶安證券部工作人員在接受《中國經營報》采訪時卻表示，該公司石墨烯項目尚處于應用研究階段，無法預測對公司未來收益的影響程度。
有意思的是，盡管石墨烯概念屢被市場炒作，股價接連大漲，而維科精華、四川路橋以及此次位居漲停行列的新華錦，均曾發布公告澄清，上市公司并不涉及石墨烯業務。
證金、匯金亦持有一部分石墨烯概念股，此前通過公告或互動平臺披露的有寶泰隆、華麗家族、西藏城投。
事實上，盡管眾多上市公司紛紛涉足石墨烯領域，目前卻均未實現批量生產。而多次被拿來炒作的“石墨烯電池”，甚至被人稱為是個“彌天大謊”。
清華能源互聯網研究員劉冠偉稱，“石墨烯電池”這個技術接近于不存在，石墨烯只有在理論上能夠提高充放電速率，而對于容(能)量的提升基本沒有任何幫助，其噱頭意義遠大于實用價值。“而且石墨烯材料本身納米材料的高比表面積等性質與現在的鋰離子電池工業的技術體系是不兼容的，應用的希望十分渺茫。”他說。
李義春亦表示，石墨烯概念股股價已經開始透支部分預期。不過他依然相信，隨著產業化進程的加快，概念也有可能會變為現實。
眾所周知，石墨烯應用領域主要集中在電子、新能源、生物醫療、高精度制造業、水處理等高精尖技術領域。石墨烯的混煉也逐步被大家關注。
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