一.石墨烯应用于纳米电子器件

由于石墨烯独特的电子结构及良好的导电性，因此石墨烯极有可能成为组成纳米电子器件的最佳材料。

目前研究最为广泛也是最为热门的课题之一就是制备基于石墨烯的透明导电薄膜以代替昂贵的氧化铟锡（ITO)电极。由于氧化石墨烯可大规模生产并且可加工性极好，所以以氧化石墨烯为原料制备石墨烯透明导电薄膜是一种重要的制备手段。在这种方法中，首先通过旋涂，浸涂，真空抽滤，LB组装等方法做成氧化石墨烯薄膜，再通过化学还原或者热还原的方法将氧化石墨烯薄膜还原成为石墨烯薄膜。科学家们也开发出了其他一些利用石墨烯或者还原石墨烯的分散液制备透明导电薄膜的方法。比如，Li等人在还原氧化石墨烯之前先将体系的PH值调至10得到稳定的石墨烯分散液，再通过喷涂的方法得到了透明导电薄膜。Dai课题组用“热膨胀-插层-剥离”得到的石墨烯分散液为原料，利用LB组装的方法得到了石墨烯透明导电薄膜，这种薄膜的薄膜电阻为8kΩ/sq,而可见光区的透过率为83%。Biawas等人利用在水/氯仿这种二元体系的界面自组装的方法得到了电阻为100Ω/sq，可见光透过率为70%的导电薄膜。Coleman课题组将在有机溶剂中直接超声剥离的石墨烯进行抽滤成膜，得到了电阻约为3kΩ/sq,可见光透过率为75% 的导电薄膜。目前，石墨烯导电薄膜已经被用作染料敏化太阳能电池，液晶器件，有机发光二极管，晶体管等的电子器件。

二，分子检测器

由于石墨烯的导电性会随着表面吸附的分子含量的变化而变化，并且石墨烯具有极高的比表面积以及低约翰逊噪声（热噪声），因此实验上和理论上都证明了单层的石墨烯能作为一种很好的分子检测器检测各种小分子。石墨烯与被吸附分子之间的电荷转移被认为是这种化学检测的原因所在。当石墨烯表面吸附小分子时，石墨烯作为电子的供体或者受体与被吸附的分子发生电荷转移，因此费米能级，载流子密度，电阻率发生改变。近期的一些实验证明氨气和一氧化碳分子可作为电子供体，而水分子及二氧化氮分子可作为电子受体与石墨烯发生作用。还原石墨烯也被证明是一种性能极佳的检测器来检测一些化学物质及易爆品，检测极限可达到ppb(parts-per-billion)级别。

三，生物应用

还原石墨烯以及改性的石墨烯已经被用在药物载体，活细胞成像，生物分子检测等生物领域。相比于碳纳米管，石墨烯基材料在生物领域的应用有着明显的优势。首先，它不含金属催化剂等杂质，因此不会对细胞产生生物应激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性剂而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯极高的比表面积能使载药量大大提高。

Dai等人利用聚乙二醇（PEG)改性的石墨烯对活性细胞进行生物成像，他们发现这种改性石墨烯不会产生生物毒性。同时，他们用这种改性石墨烯成功地实现了对疏水性药物喜树碱衍生物SN38的负载。SN38通过л-л共轭作用吸附于亲水性的改性石墨烯表面，并且在体内可以缓慢释放，实现了药物的控制与释放。Zhang等人用叶素改性的石墨烯实现了对阿霉素以及喜树碱的负载，并且实现了对人体乳腺癌细胞MCF-7细胞的靶向施药。Yang等人先用磁性四氧化三铁纳米颗粒原位生长于石墨烯，再用叶酸对四氧化三铁颗粒改性，得到了具有多功能性，PH值控制释放，以及靶向施药能力的载药体系。

    改性石墨烯同样也被用在一些生物器件上，检测生物细胞以及生物分子。它能作为界面对单个细菌进行识别，也能作为无标记，可逆DNA检测器，或是作为一种极性特定的分子晶体吸附蛋白质/DNA。

四 纳米粒子复合材料

近年来，在碳纳米管上负载纳米粒子得到了广泛的有关注和研究，这种新型的纳米结构也已经在生物医药，催化，传感器的领域取得了一定的进展。相对于碳纳米管，石墨烯具有更相似的稳定的物理性质，但是具有更高的比表面积，因此，在石墨烯上负载纳米粒子同样有希望得到新的纳米结构，并改变其物理特性而产生更为丰富的应用与功能。

  目前，研究中报道较多的石墨烯/纳米粒子复合材料主要集中于石墨烯/金属纳米粒子复合物，石墨烯/金属氧化物纳米粒子复合物以及石墨烯/量子点复合物等。而制备的方法主要分为两种，一种是利用金属粒子或者金属氧化物粒子的前驱体与石墨烯或者氧化石墨烯之间的作用力，将纳米粒子原位反应并组装到石墨烯或者氧化石墨烯上。如Xu等人报道将Au，Pd及Pt的前驱体，AnCl4（2-），PdCl4（2-）和PtCl4（2-）分别分散到氧化石墨烯的水溶液中，然后用乙二醇对贵金属盐和氧化石墨烯同时进行还原，得到了Au粒子，Pt粒子及Pd粒子负载的石墨烯。Cao等人报道了用Cd(2+)为前驱体，以二甲亚砜为溶剂和S源，在氧化石墨烯的二甲亚砜溶液中直接合成克Cds量子点修饰的石墨烯。这种新型的石墨烯/量子点复合材料在光电领域有着诱人的应用前景。另一种制备方法是将预先制备好的纳米粒子通过共价或者非共价的方法直接组装到石墨烯或者氧化石墨烯上。Liu等人利用这种方法制备了多种纳米粒子/石墨烯复合材料。他们先利用血清蛋白还原并改性氧化石墨烯的表面，得到稳定的石墨烯溶液。然后将预先合成的Au，Ag，Pt,Pd,SiO2等纳米粒子与石墨烯溶液混合得到了分散均匀的石墨烯/纳米粒子复合材料。Williams等人讲TiO2溶液与氧化石墨烯溶液混合，利用紫外光照射的方法，一步得到了TiO2/石墨烯复合材料，这种新型复合材料在光催化方面有着广泛的应用前景。

除了纳米粒子复合外，石墨烯与其他碳基纳米材料也可复合组装形成复合材料。Liu等人通过共价连接的方法制备了石墨烯/富勒烯复合材料，发现富勒烯修饰后的石墨烯非线性光学性能得到了显著提高。Yang等人讲碳纳米管与石墨烯混合制备了一种新型的超级电容器，发现当石墨烯含量为90%时比电容搞到326.5F/g.同时，许多课题组也证明石墨烯/碳纳米管复合材料在制备透明导电薄膜方面的优势，他们发现石墨烯与碳纳米管混合后制备的导电薄膜在功能上要优于单一组分的导电薄膜。