“神奇材料”石墨烯是由單層碳原子層構成的蜂窩狀晶格二維原子晶體。石墨烯大約只有0.34納米厚一個單原子的厚度，其特殊的結構形態使其具備目前世界上最硬、最薄的特征，同時也具有很強的韌性、導電性和導熱性。這是一種理想的替代型材料，被認為將在半導體、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸控屏等大量領域帶來材料革命。
石墨烯觸摸屏的應用
這應該是石墨烯呼聲最高的應用。智能手機最關鍵的一部分就是有一塊既能導電又非常透明的觸摸屏。恰好，這正是石墨烯的特性！而且石墨烯的強度和柔韌性，都比目前的透明電極材料氧化銦錫要更好。石墨烯透明電極已經廣泛地應用于各種各樣的柔性光電器件，包括觸摸屏傳感器、有機發光二極管和有機光伏器件。
石墨烯墨水打印射頻天線的應用
用壓縮石墨烯墨水打印出射頻天線，科學家將石墨烯材料的應用又向前推進了一大步。這種天線靈活、環保，可廉價大批量生產，能夠應用在無線射頻識別標簽和無線傳感器上。
目前，大多數商用RFID標簽由金屬鋁和銅組成，材料昂貴、制作過程復雜，而基于石墨烯的RFID標簽能夠大幅度降低材料成本。
石墨烯燈泡的應用
石墨烯可調光燈泡號稱可節省10%的能源，使用壽命也更長，內含由英國曼徹斯特大學所設計、外罩石墨烯的燈絲狀LED。石墨烯燈泡價格每顆約15英鎊，這款燈泡的設計是以傳統燈泡形狀為基礎，石墨烯能讓燈泡的導電以及散熱更有效率。
更強夜視能力的視覺傳感器的應用
現在夜視很多用紅外線系統，但是這種設備體積大是個硬傷啊。于是，研究人員將基于石墨烯的光熱電探測器整合在微機械氮化硅薄膜上。叮咚，數據來了：7-9V/W的響應在10.6微米波長以及23ms時間常數下達成；氮化硅薄膜帶來的溫度隔離以及寬帶紅外線吸收，能實現300-500K的黑體目標探測與成像。
此外，石墨烯的高載體遷移率可用以抵抗噪聲，因此免除了冷卻技術的需求，并足以在不需低溫冷卻的前提下偵測來自人體的熱輻射。
芯片上光通訊的應用
芯片上可見光的關鍵是開發完全整合“光子”電路，該電路用于燈泡時，可如同現階段在半導體整合電路的電流。直到現在，研究人員尚未將白熾燈泡放在芯片上，這是因為點燃燈泡所需的溫度，微型金屬導線無法承受。
石墨烯能達到的溫度超過攝氏2500度，不需要額外放大就可灼傷肉眼。研究人員也發現石墨烯在較高溫度下，會變成較差的熱導體，這意味著熱量會在芯片的中心被限制為一個“熱點”。一名研究人員指出，懸浮的石墨烯可被加熱到太陽一半的溫度，且可靠度比固定在固體基板上的石墨烯高1000倍。
3D成像更精確的應用
勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員使用單層石墨烯作為一個清晰類透鏡蓋，稱為石墨烯電池液—為單個膠狀納米粒子的原子創造新的成像系統。這個過程將大大簡化反復試驗原子級工程學的設計和重新設計過程。
由石墨烯電池液電子顯微鏡鑒定的納米粒子結構—可在計算機中顯示3D模型，目的在于設計可以組合在一起的“積木”，以形成更大的特定電子和物理特性架構，滿足現今許多產業需求。
即熱功能的應用
不能小瞧石墨烯的加熱功能。“用很小電流、很低功率就可以熱起來，只有石墨烯和碳納米管可以做到，這樣用一塊手機電池就可以驅動。因此，軍用、救生用加熱衣服是正在開發的一種產品。其他產品還包括利用石墨烯復合材料的防彈材料和涂料，利用石墨烯薄膜的便攜式水處理設備，以及儲能電池的改性。
儲氫材料及藥物載體的應用
石墨烯的氣體吸附特性，也讓其成為新型儲氫材料，可以在室溫、安全壓力下快速可逆地吸放氫氣，較高的熱穩定性。石墨烯獨特的二維層狀結構和良好的生物相容性，使其能很好地作為藥物載體。科學家將石墨烯與抗腫瘤藥物反應制得復合物，可在人體內緩慢釋放藥物，而且藥物的負載量遠遠高于傳統的藥物載體。
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