超級(jí)電容器是基于高比表面積炭電極/電解液界面產(chǎn)生的電容、或者基于過渡金屬氧化物/導(dǎo)電聚合物的表面及體相所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的電子元件。其構(gòu)造和電池類似，主要包括正負(fù)電極、電解液、隔膜和集流體。

作為一種新型儲(chǔ)能裝置，超級(jí)電容器具有體積小、輸出功率高、充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、安全且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，有望成為未來新型的電源裝置。要制造出高性能的超級(jí)電容器，電極材料是超級(jí)電容器的關(guān)鍵所在，決定著電容器的主要性能指標(biāo)，如能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性等。目前，納米結(jié)構(gòu)的活性炭、碳化物轉(zhuǎn)化炭、碳納米管、氧化釕、聚苯胺和聚吡咯等均已用于微型超級(jí)電容器的電極材料。但是上述材料整體性能不能滿足微型能源系統(tǒng)的要求。同時(shí)，制造微型超級(jí)電容的光刻工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高昂，一定程度上制約了超級(jí)電容商業(yè)化進(jìn)程。

試驗(yàn)證明，石墨烯有望成為新型高效的超級(jí)電容器電極材料。目前已經(jīng)研究出以石墨烯為基礎(chǔ)的新型微型超級(jí)電容器，此類電容器外形小巧，充放電速率高，同時(shí)具備極佳的機(jī)械柔性。與傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)相比，石墨烯電介質(zhì)可顯著提升電容器容量及耐用時(shí)間，可以與薄膜型鋰離子電池相媲美。這種新穎的石墨烯微型電容器有望應(yīng)用于MEMS系統(tǒng)、便攜式電子設(shè)備、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、柔性顯示器，以及其多種生物體內(nèi)電子設(shè)備的儲(chǔ)能器件。

研究表明，石墨烯超級(jí)電容器的充放電速度比傳統(tǒng)電池快1000倍。此項(xiàng)技術(shù)若能商業(yè)化，未來汽車或手機(jī)充電時(shí)間有望大大縮短。目前，超級(jí)電容器主要的技術(shù)瓶頸在于提升介質(zhì)能量密度，同時(shí)需要將成本降低。

觸摸屏是石墨烯未來應(yīng)用的又一大熱點(diǎn)。近幾年隨著智能手機(jī)和平板電腦的大規(guī)模普及，全球觸摸屏需求量也隨之大幅增加。數(shù)據(jù)顯示，2013年全球電子設(shè)備觸摸屏總面積同比增長(zhǎng)兩倍，達(dá)到2550萬(wàn)平方米。預(yù)計(jì)到2015年，觸摸屏生產(chǎn)面積將達(dá)到3590萬(wàn)平方米。

與傳統(tǒng)的ITO觸摸屏相比，石墨烯觸摸屏無(wú)毒環(huán)保，相比ITO使用有毒的稀有金屬銦，石墨烯對(duì)環(huán)境友好。其次，石墨烯的光學(xué)性能要優(yōu)于ITO，能部分消除鏡面反射，可有效解決長(zhǎng)期困擾ITO的光學(xué)鏡面反射問題。在強(qiáng)光下，ITO屏幕會(huì)變黑，而同樣情況下的石墨烯觸摸屏鏡面反射會(huì)減弱很多。石墨烯還能折疊彎曲，未來有望延伸至移動(dòng)智能穿戴設(shè)備領(lǐng)域。在未來的觸摸屏領(lǐng)域，石墨烯電容式觸摸屏有望替代現(xiàn)有的氧化銦錫（ITO）透明電極。

石墨烯觸摸屏研究處于前列的國(guó)家有美國(guó)、英國(guó)、日本和韓國(guó)。目前開始產(chǎn)業(yè)化的公司有韓國(guó)三星、日本索尼、二維碳素、美英的Cambrios Tec以及3M。日本東麗、東芝、索尼產(chǎn)研和信越化學(xué)、三星等廠商在石墨烯研究方面進(jìn)展迅速。

近期有報(bào)道稱，IBM公司研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，這項(xiàng)突破可能預(yù)示著未來有望采用石墨烯圓片來替代硅晶片。這塊集成電路建立在一塊碳化硅上，并且由一些石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成。最新的石墨烯集成電路混頻最多可達(dá)10G赫茲，承受125攝氏度的高溫。

未來石墨烯集成電路有望使智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴電子設(shè)備等電子終端運(yùn)行速度更高、能效更低、成本更低。

生物傳感器是生命分析化學(xué)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要研究方向，已廣泛應(yīng)用于臨床疾病診斷和治療研究。石墨烯制成的生物傳感器對(duì)生命分析領(lǐng)域的快速發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。在基因組測(cè)序技術(shù)領(lǐng)域，最近成功開發(fā)出來的DNA感測(cè)器，是一種以石墨烯為基礎(chǔ)的場(chǎng)效應(yīng)類晶體管設(shè)備，能探測(cè)DNA鏈的旋轉(zhuǎn)和位置結(jié)構(gòu)。該感測(cè)器利用石墨烯的電學(xué)性質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)檢測(cè)DNA序列的微觀功能。

蘇州納米研究所研究出使用PEG包被熒光標(biāo)簽的納米石墨烯片（NGS）在體內(nèi)的作用，在活體內(nèi)異種皮膚腫瘤移植熒光成像中，NGS表現(xiàn)出了高腫瘤細(xì)胞攝取率。盡管對(duì)這種新型碳納米材料在體內(nèi)表現(xiàn)還需要更多的認(rèn)知以及長(zhǎng)期的毒性研究，但是此種方法為石墨烯在諸如腫瘤治療的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了方向。

此外，石墨烯由于其超高的載流子遷移率和導(dǎo)熱效率，未來有望成為L(zhǎng)ED導(dǎo)熱領(lǐng)域的新型應(yīng)用材料。

產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日

技術(shù)問題是石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的主要制約因素。如何低成本和高效率地制備大面積、高質(zhì)量石墨烯，并快速高效轉(zhuǎn)移至下游需求領(lǐng)域，是石墨烯大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用主要致力的方向。

當(dāng)前制備石墨烯的方法有很多，主要有物理和化學(xué)兩大類。物理的方法主要是采取機(jī)械剝離方法，而化學(xué)方法主要集中在化學(xué)沉積和化學(xué)合成兩大方向。上述物理方法制備石墨烯共同的缺點(diǎn)就是生產(chǎn)出的石墨烯厚度不一，可操作性差，并且無(wú)法生長(zhǎng)出大尺寸的石墨烯。

化學(xué)沉積氣相法（CVD）提供了一種可控制的石墨烯方法。首先將平面基底（如金屬薄膜和金屬單晶）等置于高溫可分解的前驅(qū)體（一般多為甲烷和乙烯等烴類）中，通過高溫退火的方式使碳原子沉積在基底表面形成石墨烯，最后用化學(xué)方法去除金屬基底之后得到石墨烯。此方法可以形成較大面積的石墨烯片，但合成過程必須在高溫下進(jìn)行，石墨烯的良品率一般無(wú)法保證。此外，還有化學(xué)溶液直接剝離法、高溫石墨膨脹法等。

上述石墨烯化學(xué)制備方法制得的石墨烯同樣也不穩(wěn)定，且石墨烯片狀面積有限，商業(yè)化尚待時(shí)日。

整體而言，化學(xué)氣相沉積法（CVD）在規(guī)?；苽涫┑膯栴}方面有新的突破，也是目前制備石墨烯的主流技術(shù)之一，但大規(guī)模商業(yè)化還需要進(jìn)一步提升工藝空間。

近兩年來，石墨烯產(chǎn)業(yè)化方向逐漸清晰，各國(guó)有關(guān)石墨烯產(chǎn)業(yè)支持政策也進(jìn)一步加大。