石墨烯是碳原子层厚度的单层石墨。作为目前世界上已知最薄、导电导热性能最高的新型纳米材料，其一层的厚度只有0.355纳米，几乎完全透明，只吸收2.3%的光，与二维结构相似；重量极轻，强度却是钢铁的200倍；还具有拉伸性和散热性好的特点。
根据国内各个领域的技术研究进展，政策引导和下游市场接受程度，石墨烯在复合材料、锂电池导电添加剂、智能内暖服饰、柔性显示、传感器、超级电容器、散热材料、半导体器件和生物医药等领域显现出广泛的应用前景。
中国成全球第一大技术来源国
石墨是制备石墨烯的主要原材料之一，据国土资源部统计，我国石墨储量占全球已探明储量的70%以上，目前国内石墨年产量稳定在80万吨左右，具有较为明显的资源优势。为充分发挥石墨烯的各项优异性能，将潜在的资源化优势转化为技术优势和经济优势，国内学术界对石墨烯技术研发持续升温。专利申请量约占国际的2/3，文章发表数量约占国际总量的1/3。中国成为全球石墨烯第一大技术来源国。
这些技术研发和专利申请热点主要集中在C01B石墨烯原材料的制备方法、H01M石墨烯直接转变化学能为电能的方法和装置等。我国利用这些专利已经成功地开发出石墨烯芯片、多种性能更强大的复合材料，以及具有更高导热性能的散热材料等。其中一些材料已经应用于航天和军工等领域内。比如中科院山西煤化所2021年成功研制石墨烯导热膜，该产品已有多款在应用中，并成为中国航天科技集团等单位的合格供货方。
“目前国内很多企业也热衷于石墨烯的研发和生产。但实验室的科技成果转化到产品落地是一个复杂的过程，由于企业和科研单位之间缺乏深度融合，很多专利技术仅处在实验室或者中试小批量生产阶段。”宁波德泰中研信息科技有限公司行业分析师范崇昭表示。
在应用中拉动产业规模化
石墨烯行业目前的细分产品主要是石墨烯粉体和石墨烯薄膜。石墨烯粉体主要应用于防腐涂料、锂离子电池、超级电容器、导热塑料和消费电子散热片等。石墨烯薄膜主要用于发热器件、柔性显示屏、传感器、芯片等。经过研究，一些终端产品已经成功地生产出来，比如高纯度单一石墨烯片材在2008年实验室规模成功生产，但将其转化为大规模生产方面仍存较大挑战。
范崇昭介绍，目前石墨烯还是一个很年轻的材料，在很多方面仍存在挑战和瓶颈。如果产品从小试、中试到产业化产品落地，不能保证产品的稳定性和一致性，就很难应用于规模化生产。
“目前石墨烯规模化生产最大的难点在于制备技术。要在应用中拉动产业规模化发展，需要行业促进科研单位和企业加强合作。一是科研单位主动和下游企业对接。比如北京石墨烯研究院刘忠范院士团队，和小米等石墨烯应用下游企业对接共同研发，针对小米或其他石墨烯下游终端企业提出的产量或质量需求进行针对性的研究，这可能是促进石墨烯产学研、产业化最好的方式。二是以终端需求带动产业化。比如深圳烯旺新材料科技股份有限公司的大健康产业，公司石墨烯针灸、护肩、护颈等医疗产品做的比较成功，市场需求很大，刺激带动了中游石墨烯薄膜产业的发展。石墨烯产业奠基人之一、公司冯冠平教授认为，只要把石墨烯终端企业发展好，石墨烯中游、上游产业就会同步带动起来，这是一个比较理想的状态。”范崇昭说。
经过多年发展，国内已经研发了多种石墨烯的制备方法。其中石墨烯粉体主要通过机械球磨剥离法、氧化还原法和液相剥离法等制备。由于氧化还原法制备的石墨烯粉体层数最少，是目前最常采用的方法。石墨烯薄膜主要由气相沉积法和外延生长法等制备，其中化学气相沉积法可以制备大尺寸的石墨烯薄膜，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模生产的方法。
下游应用领域不断拓展
随着制备水平和应用技术的发展，石墨烯材料将作为改性材料，提高传统材料与功能器件的性能，不断替代或应用在更多下游产品和领域中。利用优异的导电性或导热性，石墨烯可以实现其他材料实现不了的作用。在成本可控的前提下，代替一些满足不了目前或将来需求性能的传统材料，支撑传统材料产业升级换代。
石墨烯导热系数非常高，在通电情况下，碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来。在今年冬奥会上，中国航发将研发出的第二代石墨烯发热材料设置于颁奖礼服的内胆，只要衣服某处加热或过热，石墨烯复合材料就能快速地把热量均匀传递到全身，帮助礼仪志愿者抵抗-30℃的严寒。而山西孝义百煜润泽科技有限公司则把石墨烯加热器运用到农业温室大棚，不但实现了大棚的自动控温，而且避免了以前使用煤炉加热引起的污染，降低了成本。
石墨烯的特性决定了其具有广泛的应用前景。据相关资料显示，石墨烯材料加入锂离子电池和超级电容器中，能大幅提升储能器件的能量密度和功能密度，延长其循环寿命。
我们现在生活在“硅时代”，没有硅材料就没有集成电路，就无法进入信息化时代。但由于硅的物理局限性，导致其性能受到制约。而石墨烯除了拥有优于硅的光学和电学优势外，还具有许多硅不具备的优点。从更长远的发展来看，目前石墨烯最有潜力的是成为硅的替代品，成为下一代集成电路超级计算机的基础材料，进而提升计算机的运行速度，减少能耗。相信在解决石墨烯材料的制备问题后，石墨烯最终将找到不可替代的“杀手锏”应用领域。