石墨烯综述.docx

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石墨烯综述

石墨烯综述

概要：

自2004年石墨烯横空出世，便引起全世界科学家的关注。

随着研究的一步步深入，石墨烯的各项有点更是引起世界的惊叹。

第一次成功制备出石墨烯的两位科学家安德烈·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫也在2010年夺得诺贝尔物理学奖。

本文从石墨烯的发现，结构，特性，制备及应用几个方面出发，对石墨烯做了一次比较简单，全面的综述。

关键字：

石墨烯，发现，结构，特性，制备，应用

一，发现及研究进展

斯哥尔摩2010年10月5日电瑞典皇家科学院5日宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆（AndreK.Geim）等利用胶带法制备出了石墨烯。

一问世，就受到广泛关注，对石墨烯的研究也越来越深入，

石墨烯独特的碳二维结构，优越的性能，广泛的应用前景更是吸引了全世界科学家的目光。

可以说自2004年石墨烯横空出世，便轰动了整个世界，引起了全世界的研究热潮。

如今已过去五年，对石墨烯的研究热度却依然不减。

在短短的五年时间内，仅在Nature和Science上发表的与石墨烯相关的科研论文就达40余篇。

新闻发布会上，美联社记者问及石墨烯的应用前景，海姆回答，他无法作具体预测，但以塑料作比，推断石墨烯“有改变人们生活的潜力”。

二，石墨烯的结构

石墨是三维（或立体）的层状结构，石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。

但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定，其中一层就是石墨烯。

石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，即石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。

这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

诺贝尔奖得主英国曼彻斯特大学科学家安德烈·K·海姆和康斯坦丁·沃肖洛夫强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用普通的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。

不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。

石墨烯是由单层碳原子紧密排列构成的二维六边形点阵结构。

石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，英文名为Graphene。

石墨烯的命名来自英文的graphite（石墨）和ene（烯类结尾），也有人把石墨烯称作「单层石墨」，石墨就是许多石墨烯薄膜堆叠而成。

石墨烯仅有单层原子的厚度，是一种排列成蜂窝状六角形的平面晶体。

理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。

不仅如此，石墨烯还可以看作是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。

如图：

石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成，碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。

当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。

实际中的石墨烯并不能有如此完美的晶形。

2007年,J.C.Meyer等人在TEM中利用电子衍射对Graphene进行研究时,发现了一个有趣的现象：

当电子束偏离Graphene表面法线方向入射时,可以观察到样品的衍射斑点随着入射角的增大而不断展宽。

并且衍射斑点到旋转轴的距离越远,其展宽越严重。

这一现象在单层样品中最为明显,在双层样品中显著减弱，在多层样品中则观察不到。

J.C.Meyer等人对他们观察到的这一现象提出了理论模型：

石墨烯并不是绝对的平面，而是存在一定的小山丘似的起伏。

随后，Meyer等人又研究了单层石墨烯和双层石墨烯表面的褶皱，发现单层石墨烯表面褶皱程度明显大于双层石墨烯，褶皱程度随着石墨烯层数而减小。

Meyer等推测这是因为单层石墨烯为降低其表面能，由二维向三维形貌转换，褶皱是二维石墨烯存在的必要条件。

三，石墨烯的表征方法

石墨烯的表征方法：

原子力显微镜、光学显微镜、Raman光谱、XRD原子力显微镜（AFM）

由于单层石墨烯厚度只有0.335nm，在扫描电镜（SEM）中很难观察到，原子力显微镜是确定石墨烯结构最直接的办法。

光学显微镜单层石墨烯附着在表面覆盖着一定厚度（300nm）的SiO2层Si晶片上，可以在光学显微镜下观测到。

这是因为单层石墨层和衬底对光线产生的干涉有一定得对比度。

受空气-石墨层-SiO2层间的界面影响。

Raman光谱Roman光谱的形状、宽度和位置与其测试的物体层数有关，为测量石墨烯层数提供了一个高效率、无破坏的表征手段。

石墨烯和石墨本体一样在1580cm（G峰）和2700cm（2峰）2个位置有比较明显的吸收峰，相比石墨本体，石墨烯在1580cm处的吸收峰强度较低，而在2700cm处的吸收峰强度较高，并且不同层数的石墨烯在2700cm处的吸收峰位置略有移动。

四，石墨烯的特性

1，电学特性

石墨烯具有无与伦比的高电子迁移率。

最先分离出石墨烯，来自曼彻斯特的小组测量了他们分离出的单层石墨烯分子的电子迁移率，发现电荷在石墨烯中的迁移速率达到10000cm2/vs，这个测量结果还是在未除去杂质与衬底，保持室温的条件下进行。

相比之下，现代晶体管的主要材料硅的电子迁移率不过1400cm2/vs。

当然，这个数据记录并没有保持多久，在2008年，由Geim和他同事领导的小组声称电子在石墨烯中迁移速率可以到达前所未有的200000cm2/vs。

而不久之后，来自哥伦比亚大学的KirillBolotin将这个数值提高到250000cm2/vs，超过硅100倍以上。

石墨烯在电子迁移率上另一个优异性质是它的迁移率大小几乎不随温度变化而变化。

电子迁移率之所以受温度影响，是因为电子在传递过程中受晶体晶格震动的散射作用，导致电子迁移率降低，而晶格震动的强度与温度成正比。

即温度越高，电子迁移率越低。

然而石墨烯的晶格震动对电子散射很少，几乎不受温度变化影响，马里兰大学的研究人员在50K和500K之间测量了单层石墨烯的电子迁移率，发现无论温度如何变化，电子迁移率大约都是15000cm2/vs。

石墨烯的超强导电性与它特殊的量子隧道效应有关。

量子隧道效应允许相对论的粒子有一定概率穿越比自身能量高的势垒。

而在石墨烯中，量子隧道效应被发挥到极致，科学家们在石墨烯晶体上施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。

一般认为，增加了额外的势垒，部分电子不能越过势垒，使得电导率下降。

但事实并非如此，所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。

这是石墨烯极高载流速率的来源。

石墨烯有相当的不透明度：

可以吸收大约2.3%的可见光。

而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。

与光子类似，石墨烯中的电子没有静止质量。

二者另外一个相似之处是它们的速度与动能无关，均为常数。

没有静止质量也导致石墨烯中的电子行为符合相对论化的狄拉克电子方程，而薛定谔方程对其则不适用。

石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。

其霍尔电导=2e²/h,6e²/h,10e²/h....为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。

这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。

2，力学性质

石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变

形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。

美国哥伦比亚大学的一支物理学研究小组经过大量的试验，发现石墨烯是现在世界上已知的最为牢固的材料，并对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。

他们选取10~20微米的石墨烯微粒作为研究对象。

试验发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。

如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。

同时，石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。

石墨烯还同时展现出高柔韧性与脆性这两个相互矛盾的性质，这一点史无前例，同样前无古人的发现是石墨烯不容许任何气体通过，可以说是隔绝气体的优良材料。

不过关于非电子效应，我们甚至不知道石墨烯的熔点，也不知道它如何熔化的，这源于石墨烯极小的尺寸。

3，热学特性

石墨烯是一种稳定材料.在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。

所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。

虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来，这归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。

石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。

迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，即六边形晶格中的碳原子全都没有丢失或发生移位。

各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。

因此，碳原子就不需要重新排列来适应外力，也就保持了

结构的稳定。

4，化学特性

石墨烯的电子性质受到了广泛关注，然而石墨烯的化学性质却一直无人问津，我们至今关于石墨烯化学知道的是：

类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子（例如：

二氧化氮，氨，钾）。

这些吸附物往往作为给体或受体并导致载流子浓度的变化，石墨烯本身仍然是高导电。

其他的吸附物，如氢离子和氢氧根离子则会导致导电性很差的衍生物，但这些都不是新的化合物，只是石墨烯装饰不同吸附物而已。

从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。

第一个功能化石墨烯的例子是graphane：

它由二维的碳氢化合物的一个氢原子连接到石墨烯的每个六边形格而成。

除了氢原子，许多其他功能化机团也不失为寻找新型石墨烯复合材料的选择。

“石墨纸”是一个受人瞩目的例子：

由未功能化的石墨烯薄片产生的石墨纸多孔、非常脆弱；然而，由致密氧化的石墨烯产生的石墨纸则坚硬强韧。

除功能化外，石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍：

缺乏适用于传统化学方法的样品。

这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。

五，石墨烯的制备

1，微机械分离法

美国布鲁克海文国家实验室找到了一种生产高质量石墨烯薄片的方法。

最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。

人们通常用胶带粘附的方法来获得石墨的单晶面，海姆和他的同事强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特制的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。

不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片。

研究者惊讶地发现，部分样品竟然仅仅由一层碳原子构成，也就是说，他的团队成功得到了单层的石墨烯。

此方法能够制备但不能大量制备，有时看似是巧合，但也是一种制备石墨烯的重要方法，尤其是刚开始的海姆等就是用这种方法获得的石墨烯，况且也有很多科学家在采用。

，这种方法产生的石墨烯晶体结构较为完整，缺陷较少，可用于实验。

然而这种方法的致命弱点是无法控制单层石墨烯的尺寸大小，无法应用于实践。

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2，氧化石墨-还原法

石墨先经化学氧化得到边缘含有羧基、羟基,层间含有环氧及羰基等含氧基团的石墨氧化物（graphiteoxide）,此过程可使石墨层间距离从0.34nm扩大到约0.78nm,再通过外力剥离（如超声剥离）得到单原子层厚度的石墨烯氧化物（grapheneoxide）,进一步还原可制备得到石墨烯.这种方法制备的石墨烯为独立的单层石墨烯片,产量高,应用广泛.石墨的氧化方法主要有Hummers、Brodie和Staudenmaier三种方法,它们都是用无机强质子酸（如浓硫酸、发烟HNO3或它们的混合物）处理原始石墨,将强酸小分子插入石墨层间,再用强氧化剂（如KMnO4、KClO4等）对其进行氧化.Hummers氧化法的优点是安全性较高;与Hummers法及Brodie法相比,Staudemaier法由于使用浓硫酸和发烟硝酸混合酸处理石墨,对石墨层结构的破坏较为严重.氧化剂的浓度和氧化时间对制备的石墨烯片的大小及厚度有很大影响,因此,氧化剂浓度及氧化时间需经过仔细筛选,才能得到大小合适的单层氧化石墨烯片.制备的石墨氧化物均需经过剥离、还原等步骤才能得到单层的石墨烯.剥离的方法一般用超声剥离法,即将石墨氧化物悬浮液在一定功率下超声一定的时间.超声波在氧化石墨悬浮液中疏密相间地辐射,使液体流动而产生数量众多的微小气泡,这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区迅速闭合,在这种被称之为“空化”效应的过程中,气泡闭合可形成超过1.0×108Pa个大气压的瞬间高压,连续不断产生的高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击石墨氧化物,使石墨氧化物片迅速剥落生成单层石墨氧化物（即石墨烯氧化物）.另外,石墨烯氧化物片的大小可以通过超声功率的大小及超声时间的长短进行调节.

制备的石墨氧化物也可通过LB（Langmuir-Blodgett）膜技术组装成石墨烯氧化物片,先将石墨氧化物在水-甲醇的混合溶液中超声约30min,离心（8000r·min-1）除去少量的副产物与较小的石墨氧化物片层后,重新分散于水-甲醇溶液中,进一步离心（2500r·min-1）去除较大的石墨氧化物片,最后可获得宽度为5-20μm的石墨氧化物片.将上述过程制得的石墨氧化物用玻璃注射器按100μL·min-1的速度注入填满二次水的水槽里,由张力计监控表面压力,压制速率为20m2·min-1.随着甲醇的蒸发,石墨氧化物在水中形成单层.此法可获得厚度约为1nm,面积较大的石墨烯氧化物片层.

最后,制备的单层石墨烯氧化物还需经还原后才能得到石墨烯,还原的方法有化学还原法、热还原法、电化学还原法等.化学还原法中常用的还原剂有硼氢化钠、肼等,化学还原法可有效地将石墨烯氧化物还原成石墨烯,除去碳层间的各种含氧基团,但得到的石墨烯易产生缺陷,因而其导电性能达不到理论值.除化学还原外,也可通过电化学方法将石墨氧化物还原成石墨烯[29],将涂覆有石墨氧化物片的基底（如石英）置于磷酸盐缓冲溶液中（pH=4.12）,将工作电极（玻碳电极）直接与7μm厚的石墨氧化物片膜接触,控制扫描电位从-0.6至-1.2V进行线性伏安扫描,即可将石墨氧化物还原成石墨烯,该方法所得到的石墨烯中C和O的原子比为4.23%,低于化学还原法制得的石墨烯中C和O的原子比（约7.09%）.

热还原法[30-32]是在N2或Ar气气氛中对石墨氧化物进行快速高温热处理,一般温度为1000℃,升温速率大于2000℃·min-1,使石墨氧化物迅速膨胀而发生剥离,同时可使部分含氧基团热解生成CO2,从而得到石墨烯.该方法制备的石墨烯中的C和O的比一般约为10,高于用化学还原法制备的石墨烯中C和O的比.除上述方法外,还可通过在光催化剂TiO2的存在下紫外光照射还原以及N2气氛下氙气灯的快速闪光光热还原[34]石墨氧化物得到石墨烯。

3，取向附生法

取向附生法是利用生长基质（碳化硅）的原子结构“种”出石墨烯，但这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。

布鲁克海文的新技术使用的基质是稀有金属钌。

一开始，研究者让碳原子在1150℃下渗入钌。

冷却到850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面。

镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面。

最终它们可长成完整的一层石墨烯。

第一层覆盖80%后，第二层开始生长。

底层的石墨烯会与钌强烈反应，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电连接。

这第二层保留了石墨烯固有的电子结构，表现令人满意。

但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。

中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室博士生潘毅等人，通过优化生长条件获得了理想的毫米级外延石墨烯二维单晶材料，并用低能电子衍射结果证实了石墨烯样品的毫米级的高度有序性；扫描隧道显微镜的研究结果表明：

石墨烯在衬底表面形成六角排布莫尔超结构，高分辨的图显示了这种超结构原胞内每个原子的位置，并且证实了石墨烯薄膜沿衬底台阶的连续性生长。

4，化学气相沉积法

化学气相沉积（CVD）法提供了一种可控制备石墨烯的有效方法,与制备CNTs不同,用CVD法制备石墨烯时不需颗粒状催化剂,它是将平面基底（如金属薄膜、金属单晶等）置于高温可分解的前驱体（如甲烷、乙烯等）气氛中,通过高温退火使碳原子沉积在基底表面形成石墨烯,最后用化学腐蚀法去除金属基底后即可得到独立的石墨烯片.通过选择基底的类型、生长的温度、前驱体的流量等参数可调控石墨烯的生长（如生长速率、厚度、面积等）,此方法已能成功地制备出面积达平方厘米级的单层或多层石墨烯,其最大的优点在于可制备出面积较大的石墨烯片。

该方法已成功地用于在多种金属基底表面（如Ru（0001）,Pt（111）,Ir（111）等）制备石墨烯.最近，Kong和Kim研究组分别用CVD法在多晶Ni薄膜表面制备了尺寸可达到厘米数量级的石墨烯;Ruoff研究组在Cu箔基底表面上采用CVD法成功地制备了大面积、高质量石墨烯,而且所获得的石墨烯主要为单层结构。

美国哥伦比亚大学物理系教授菲利普金表示，化学气相沉积方法是制备大尺寸、高质量石墨烯的最省钱方法之一，可以与现有的半导体制造工艺兼容。

化学气相沉积法是应用最广泛的一种大规模工业化制备半导体薄膜材料的方法。

由于有着广泛应用范围，而且，生产工艺十分完善，因此，它被认为是最有前途的大规模制备石墨烯片的方法。

但目前使用该方法制备石墨烯片仍有一些不足之处亟待解决。

例如，研究表明，目前使用这种方法得到的石墨烯片在某些性能上（如输运性能）可以与机械剥离法制备的石墨烯相比，但后者所具有的另一些属性（如量子霍尔效应）并没有在化学气相沉积法制备的石墨烯中观测到。

同时，化学气相沉积法制备的石墨烯的电子性质受衬底的影响很大，这也是有待解决的一个问题。

5，加热SIC法

通过加热单晶6H-SiC脱除Si，从而得到在SiC表面外延的石墨烯。

将表面经过氧化或H2蚀刻后的SiC在高真空下通过电子轰击加热到1000℃以除掉表面的氧化物，升温至1250℃～1450℃，恒温1～20min，形成石墨烯薄片，其厚度由加热温度决定。

这种方法得到的石墨烯有两种，物理性质受SiC衬底的影响很大，一种是生长在Si层上的石墨烯，由于和Si层接触，这种石墨烯的导电性受到较大影响，而生长在C层上的石墨烯则有着极为优良的导电能力。

但这种方法制造的石墨烯难以被从SiC衬底上分离出来，不能成为大量制造石墨烯的方法。

6，外延生长法

该方法一般是通过加热6H-SiC单晶表面,脱附Si（0001面）原子制备出石墨烯.先将6H-SiC单晶表面进行氧化或H2刻蚀预处理,在超高真空下（1.33×10-8Pa）加热至1000℃去除表面氧化物,通过俄歇电子能谱（Augerelectronspectroscopy）确认氧化物已完全去除后,样品再加热至1250-1450℃并恒温10-20min,所制得的石墨烯片层厚度主要由这一步骤的温度所决定,这种方法能够制备出1-2碳原子层厚的石墨烯,但由于SiC晶体表面结构较为复杂,难以获得大面积、厚度均一的石墨烯.Berger等利用该方法分别制备出了单层和多层石墨烯并研究了其性能.与机械剥离法得到的石墨烯相比,外延生长法制备的石墨烯表现出较高的载流子迁移率等特性,但观测不到量子霍尔效应。

7，溶剂剥离法

溶剂剥离法是最近两年才提出的,它的原理是将少量的石墨分散于溶剂中,形成低浓度的分散液,利用超声波的作用破坏石墨层间的范德华力,此时溶剂可以插入石墨层间,进行层层剥离,制备出石墨烯。

此方法不会像氧化-还原法那样破坏石墨烯的结构,可以制备高质量的石墨烯。

剑桥大学Hernandez等发现适合剥离石墨的溶剂最佳表面张力应该在40～50mJ/m的平方,并且在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的产率最高（大约为8%）,电导率为6500S/m。

进而Bar2ron等研究发现高定向热裂解石墨、热膨胀石墨和微晶人造石墨适合用于溶剂剥离法制备石墨烯。

溶剂剥离法可以制备高质量的石墨烯,整个液相剥离的过程没有在石墨烯的表面引入任何缺陷,为其在微电子学、多功能复合材料等领域的应用提供了广阔的应用前景。

唯一的缺点是产率很低,限制它的商业应用。

石墨烯的制备方法还有很多，如化学分散法，溶剂热法，高温还原、光照还原、微波法、电弧法、电化学法等等。

六，石墨烯的应用

石墨烯的应用范围很广，从电子产品到防弹衣和造纸，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。

在纳米电子器件方面，石墨烯的应用包括：

电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管；进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性；探索单电子器件；在同一片石墨烯上集成整个电路。

其他潜在应用包括：

复合材料；作为电池电极材料以提高电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机以及超灵敏传感器等领域。

石墨烯是世界强度最高的物质。

这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。

1，透明电极

工业上已经商业化的透明薄膜材料是氧化铟锡（ITO）,由于铟元素在地球上的含量有限,价格昂贵,尤其是毒性很大,使它的应用受到限制。

作为炭质材料的新星,石墨烯由于拥有低维度和在低密度的条件下能形成渗透电导网络的特点被认为是氧化铟锡的替代材料,石墨烯以制备工艺简单、成本低的优点为其商业化铺平了道路。

Mullen研究组通过浸渍涂布法沉积被热退火还原的石墨烯,薄膜电阻为900Ω,透光率为70%,薄膜被做成了染料太阳能电池的正极,太阳能电池的能量转化效率为0·26%。

2009年,该研究组采用乙炔做还原气和碳源,采用高温还原方法制备了高电导率（1425S/cm）的石墨烯,为石墨烯作为导电玻璃的替代材料提供了可能。

2，传感器

电化学生物传感器技术结合了信息技术和生物技术，涉及化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。

石墨烯出现以后，研究者发现石墨烯为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移，这使它成为电化学生物传感器的理想材料。

Chen等采用低温热退火的方法制备的石墨烯作为传感器的电极材料，在室温下可以检测到低浓度NO2，作者认为如果进一步提高石墨烯的质量，则会提高传感器对气体检测的灵敏度。

石墨烯在传感器方面表现出不同于其它材料的潜能，使越来越多的医学家关注它，目前石墨烯还被用于医学上检测多巴胺、葡萄糖等。

3，超级电容器

超级电容器是一个高效储存和传递能量的体系，它具有功率密度大，容量大，使用寿命长，经济环保等优点，被广泛应用于各种电源供应场所。

石墨烯拥有高的比表面积和高的电导率，不像多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使它成为最有潜力的电极材料。

Chen等以石墨烯为电极材料制备的超级电容器功率密度为10kW／kg，能量密度为28．5Wh／kg，最大比电容为205F／g，而且经过1200次循环充放电测试后还保留90％的比电容，拥有较长的循环寿命。

石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受到更多的研究者关注。

4，能源存储

众所周知，材料吸附氢气量和其比表面积成正比，石墨烯拥有质量轻、高化学稳定性和高比表面积的优点，使其成为储氢材料的最佳候选者。

希腊大学Froudakis等设计了新型3D碳材料，孔径尺寸可调，