石墨烯是人类已知的最薄的化合物，厚度只有一个原子，已知的最轻的材料（1平方米重约0.77毫克），是发现的最强的化合物（比钢强100-300倍，抗张强度为130 GPa，并且杨氏模量为1 TPa-150,000,000 psi），是室温下的最佳热导体（在（4.84±0.44）×10 ^ 3至（5.30±0.48）×10 ^ 3 W·m-1·K-1）和也是已知的最佳电导体（研究表明，电子迁移率的值超过200,000 cm2·V-1·s-1）。石墨烯的其他显着特性是其在光谱的可见光和近红外部分对光的均匀吸收（πα≈2.3％），及其在自旋运输中的潜在适用性。

碳是人体中第二丰富的物质，并且是宇宙中第四丰富的元素（按质量计算），仅次于氢，氦和氧。这使碳成为地球上所有已知生命的化学基础，使石墨烯有可能成为几乎无限数量的应用的环保，可持续的解决方案。

自从发现（或更准确地说是机械获得）石墨烯以来，在不同的科学领域中的应用呈爆炸式增长，尤其是在高频电子，生物，化学和磁传感器，超宽带光电探测器中获得了巨大的发展。以及储能和发电。

石墨烯生产挑战

最初，制造大面积石墨烯的唯一方法是非常昂贵且复杂的过程（化学气相沉积，CVD），该过程涉及使用有毒化学物质，通过将铂，镍或碳化钛暴露于乙烯或苯在高温下。

除了金属衬底外，没有其他方法可以使用晶体外延。这些生产问题使石墨烯最初不可用于开发研究和商业用途。而且，由于难以从金属基板上去除石墨烯层而不损坏石墨烯，因此阻碍了在电子学中使用CVD石墨烯。

但是，2012年的研究发现，通过分析石墨烯的界面粘合能，可以有效地将石墨烯与生长在其上的金属板分离，同时理论上也可以无限制地将其重新用于未来的应用，因此减少在此过程中先前产生的有毒废物。此外，通过使用该方法分离的石墨烯的质量足够高以产生分子电子器件。

自发展以来，CVD石墨烯生长的研究取得了长足的进步，使得石墨烯的质量已成为技术采用的关键，而现在，石墨烯的质量由底层金属基板的成本决定。然而，仍在进行研究以在定制衬底上一致地生产石墨烯，同时控制诸如波纹，掺杂水平和畴尺寸的杂质，同时还控制石墨烯层的数量和相对晶体学取向。

石墨烯的应用领域

推动石墨烯研究走向工业应用需要协调一致的努力，例如数十亿欧元的欧盟石墨烯旗舰项目。经过长达数年的第一阶段，旗舰研究人员制定了完善的石墨烯应用路线图，指出了最有前途的应用领域：复合材料，能源，电信，电子，传感器和成像以及生物医学技术。

长期以来，能够用石墨烯制造超级电容器可能是电子工程领域的最大一步。在过去的20年中，尽管电子元件的发展取得了飞速的发展，但由于尺寸，功率容量和效率的原因，诸如电池和电容器之类的储能解决方案一直是主要的限制因素（大多数类型的电池效率很低） ，电容器则更少）。例如，锂离子电池面临能量密度和功率密度之间的权衡。

在进行的初步测试中，激光划刻的石墨烯（LSG）超级电容器的功率密度可与当今使用的大功率锂离子电池相媲美。不仅如此，LSG超级电容器还具有很高的柔韧性，轻便，充电快速，薄型，并且如上所述，其生产成本相当低廉。