Kim在四年前開始觀察石墨烯發光的現象，這種新發現的材料極輕，卻比鋼還堅固。 石墨烯具备作为优秀的集成电路电子器件的理想性质。 石墨烯具有高的载子迁移率（carrier mobility），以及低噪声，允许它被用作在场效应晶体管的通道。 问题是单层的石墨烯制造困难，更难作出适当的基板。 在发现石墨烯以前，绝大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在[10]。 虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
一群來自新加坡專精於石墨烯材質研究的科學家們，現在研發出將石墨烯應用於相機感光元件的最新技術，可望徹底顛覆未來的數位感光元件技術發展。 中國科學院上海分院的科學家發現石墨烯氧化物對於抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。 假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝[104]。 由於石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用於超級電容器的導電電極。 科學家認為這種超級電容器的儲存能量密度會大於現有的電容器[96]。 切割碳奈米管也是製造石墨烯帶的正在試驗中的方法。
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蔡宜壽指出，石墨烯家族可以確認的是能夠產生熱能、促進血液循環。 人體60 %的重量是由水所組成的，市面上的石墨烯產品要找到和水分子共振頻率一樣的，如此所產生的遠紅外線共振，才能將水分子團的鍵結打斷，使水分子變小，此時血流的速度就可以加快。 2011年6月，IBM的研究人员宣布，他们已经成功地创造第一个石墨烯为基础的集成电路(積體電路)-宽带无线混频器。
而在這個過程中，石墨烯沒有導致與之連接的金屬電極融化。 隨著石墨烯的溫度上升，它的導熱能力變差，因此高溫只局限於中央的一個小點。 切割碳納米管也是製造石墨烯帶的正在試驗中的方法。 其中一種方法用過錳酸鉀和硫酸切開在溶液中的多層壁碳納米管（Multi-walled carbon nanotubes）[34]。 另外一種方法使用等離子體刻蝕（plasma etching）一部分嵌入於聚合物的納米管[35]。
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通過對石墨烯進行氧化及化工處理，然後使他們漂浮在水中，石墨烯會剝落並形成有強力鍵的單層。 這些被稱為石墨烯氧化物（graphene oxide）的層狀材料被測量到具有32 GPa的拉伸模數[76]。 石墨烯良好的電導性能和透光性能，使它在透明電導電極方面有非常好的應用前景。 觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極管等等，都需要良好的透明電導電極材料。 特別是，石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優良。 在溶液內的石墨烯薄膜可以沉積於大面積區域[89][90]。
科學家希望能夠發展出一種快速與便宜的快速電子DNA定序科技。 基本而言，他們想要用石墨烯製成一個尺寸大約為DNA寬度的奈米洞，讓DNA分子遊過這奈米洞。 由於DNA的四個鹼基（A、C、G、T）會對於石墨烯的電導率有不同的影響，只要測量DNA分子通過時產生的微小電壓差異，就可以知道到底是哪一個鹼基正在遊過奈米洞。 石墨烯奈米帶的結構具有高電導率、高熱導率、低雜訊，這些優良品質促使石墨烯奈米帶成為積體電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。 有些研究者試著用石墨烯奈米帶來製成量子點，他們在奈米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉（quantum confinement）[83]。 在發現石墨烯以前，絕大多數物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在[10]。
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2007年，先後三篇文章聲稱在石墨烯的p-n或p-n-p結構中觀察到了分數量子霍爾效應行為。 石墨烯燈泡 物理理論家已經解釋了這一現象[40][41][42]。 2009年，美國兩個實驗小組分別在石墨烯中觀測到了填充數為1/3的分數量子霍爾效應[43] [44]。 日前，海姆教授對於石墨烯研究進展和未來展望撰寫了文章[10][45]。
在2004/05年以前，沒有人注意到這些殘渣碎片有甚麼用處，因此，石墨烯的發現應該歸功於海姆團隊[18]，他們為固體物理學發掘了一顆閃亮的新星。 近期，學者研究在各種不同材料基底上面的石墨烯的可見度和對比度，同時也提供一種簡單易行可見度增強方法[16]。 另外，使用拉曼顯微學（Raman microscopy）的技術做初步辨認，也可以增加篩選效率[17]。 研究主要作者Kim表示，他的團隊正在試圖將這個技術商業化。 他預計將在五年內實現，讓製造商能使用石墨烯生產具彈性的透明燈光顯示。 他表示，Intel與IBM正在嘗試解決將光整合到電腦晶片的難題。
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石墨烯納米帶的結構具有高電導率、高熱導率、低雜訊，這些優良品質促使石墨烯納米帶成為積體電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。 有些研究者試著用石墨烯納米帶來製成量子點，他們在納米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉（quantum confinement）[83]。 石墨烯燈泡2023 2008年，由機械剝離法製備得到的石墨烯乃世界最貴的材料之一，人髮截面尺寸的微小樣品需要花費$1,000[15]。 換另一方面，生長於碳化矽表面上的石墨烯晶膜的價錢主要決定於基板成本，在2009年大約為$100/cm2。 使用化學氣相沉積法，將碳原子沉積於鎳金屬基板，形成石墨烯，浸蝕去鎳金屬後，轉換沉積至其它種基板。 這樣，可以更便宜地製備出尺寸達30英吋寬的石墨烯薄膜。
從那時起，上百位才學兼優的研究者踏進這嶄新領域。 石墨烯是構成下列碳同素異形體的基本單元：石墨，木炭，碳奈米管和富勒烯。 2011年6月，IBM的研究人員宣布，他們已經成功地創造第一個石墨烯為基礎的集成電路(積體電路)-寬帶無線混頻器。
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這些優良品質促使石墨烯納米帶放在微腔或纳米腔体中形成激光器[84]和放大器。 根据2012年10月的一份研究表明有些研究者試著用石墨烯納米帶应用于光通信系统，发展石墨烯納米帶激光器[85]。 由於石墨烯的可修改化學功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結構等等特色，應用於細菌偵測與診斷元件，石墨烯是個很優良的選擇[102]。 石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格（honeycomb 石墨烯燈泡2023 crystal lattice）排列構成的單層二維晶體。 由於石墨烯的可修改化學功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結構等等特色，應用於細菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優良的選擇[102]。
貼附在氧化矽表面上的石墨烯所顯示出的皺紋，是因為石墨烯會遵照氧化矽表面的樣式，所以不是內稟效應[46]。 經過微影術處理後的石墨烯會被光阻劑渣滓覆蓋，必須清洗除去這些渣滓，才能得到原子解析度圖像。 關於石墨烯的製造與發現，最初，科學家試著使用化學剝離法（chemical exfoliation method）來製造石墨烯。 他們將大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨層間化合物。 在其三維結構中，每一層石墨可以被視為單層石墨烯。 經過化學反應處理，除去嵌入的大原子或大分子後，會得到一堆石墨烯爛泥。
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採用緊束縛近似模型做出的計算，預測鋸齒形具有金屬鍵性質（如右图所示），又預測扶手椅形具有金屬鍵性質或半導體性質；到底是哪種性質，要依寬度而定[51][52][53]。。 可是，近來根據密度泛函理論計算得到的結果，顯示出扶手椅形具有半導體性質，其能隙與納米帶帶寬成反比（如右图所示）[81]。 這些可能歸結於石墨烯在奈米級別上的微觀皺紋[39]。
石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp2雜化軌道呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列構成的單層二維晶體。 石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子網格。 石墨烯的命名來自英文的graphite（石墨）+-ene（烯類結尾）。 石墨烯納米帶的低维結構具有非常重要的光电性能：粒子數反轉和寬帶光增益。
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科學家認為石墨烯會是理想的自旋電子學材料，因為其自旋-軌道作用很小，而且碳元素幾乎沒有核磁矩（nuclear magnetic moment）。 使用非局域磁阻效應，可以測量出，在室溫狀況，自旋注入於石墨烯薄膜的可靠性很高，並且觀測到自旋相干長度超過1微米[73]。 以哥倫比亞工程團隊為首的一群科學家們，則是將 1 片單原子厚度的石墨烯放置在金屬電極上，再將此結構和晶圓基底結合，通電後石墨烯加熱震盪並同時釋放出可見光。
傳統上來說，使用加熱方式製造光源，需要相當高的溫度才能夠實行（數千度以上），因此放到矽晶圓上幾乎是不可能的事，整個結構無法承受如此高溫。 由於石墨烯的二維性質，科學家認為電荷分數化（低維物質的單獨準粒子的表觀電荷小於單位量子）會發生於石墨烯。 因此，石墨烯可能是製造量子計算機所需要的任意子元件的合適材料[60][61]。 石墨烯具備作為優秀的積體電路電子元件的理想性質。 石墨烯具有高的載子遷移率（carrier mobility），以及低雜訊，允許它被用作在場效應電晶體的通道。 問題是單層的石墨烯製造困難，更難作出適當的基板。
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石墨烯納米帶的低維結構具有非常重要的光電性能：粒子數反轉和寬帶光增益。 這些優良品質促使石墨烯納米帶放在微腔或納米腔體中形成激光器[84]和放大器。 根據2012年10月的一份研究表明有些研究者試著用石墨烯納米帶應用於光通信系統，發展石墨烯納米帶激光器[85]。 當輸入的光波強度超過閾值時，這獨特的吸收性質會開始變得飽和。
- 此外，一種比普通LED使用壽命更久且更節能的石墨烯塗層LED將於今年稍晚問世，這種燈泡是英國曼徹斯特大學（University of Manchester）的研究結果。
- 在发现石墨烯以前，绝大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在[10]。
- 曾任逢甲大學纖維與複合材料學系教授的蔡宜壽，在2012年和他的研究團隊成功做出可以商品化的單層石墨烯，因此被稱為「台灣石墨烯工業化之父」。
- 研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術。
- 普通碳奈米管的導熱係數可達3500W/mK，[78]各種金屬中導熱係數相對較高的有銀、銅、金、鋁，而單層石墨烯的導熱係數可達5300W/mK。
由於難以分析與控制這堆爛泥的物理性質，科學家並沒有繼續這方面研究。 還有一些科學家採用化學氣相沉積法，將石墨烯薄膜磊晶成長（epitaxial growth）於各種各樣基板（substrate），但初期品質並不優良[10]。 為了要賦予單層石墨烯某種電性（比如製造晶體管），會按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯納米帶。 採用緊束縛近似模型做出的計算，預測鋸齒形具有金屬鍵性質（如右圖所示），又預測扶手椅形具有金屬鍵性質或半導體性質；到底是哪種性質，要依寬度而定[51][52][53]。。 可是，近來根據密度泛函理論計算得到的結果，顯示出扶手椅形具有半導體性質，其能隙與納米帶帶寬成反比（如右圖所示）[81]。
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[87]电路处理频率高达10 GHz，其性能在高达127℃的温度下不受影响。 普通碳纳米管的导热系数可达3500W/mK，[78]各种金属中导热系数相对较高的有银、铜、金、铝，而单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK。 优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。 在更密集的激光照射下，除了众所周知的可飽和吸收效应之外，石墨烯也可以具备由于光学非线性克爾效应的非线性相移。 锯齿型（Zig-zag型）石墨烯永远是金属性的。 而扶手椅形(armchair型)石墨烯的能带可能是半导体也可能是金属，取决于纳米带的宽度。
在高温下，在这些样品中的量子霍尔效应可以被测量。 另请参阅IBM在2010年的工作的晶体管一节中，速度快的晶体管'处理器'制造了2-英寸（51-毫米）的石墨烯薄片。 假如買了所謂含有石墨烯的護頸或護腕，希望自己的椎間盤突出或手腕骨折的癒合性能夠好一點，那不如直接照射遠紅外線機器，效果會更好。 這才是真正有醫療上的證據，而非期望石墨烯的產品可以保護手腕，甚至期待它能修復關節或骨刺，這些都沒有醫學上的實證。 他強調，物體不可能憑空發熱，需給它光或電這種能量，經過能量的吸收，才能產生熱；或是本身就會發熱的人體，如果再加上遠紅外線等物質的輔助，並吸收共振，就產生了熱。 2011年6月，IBM的研究人員宣布，他們已經成功地創造第一個石墨烯為基礎的積體電路(積體電路)-寬帶無線混頻器。
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其中一種方法用過錳酸鉀和硫酸切開在溶液中的多層壁碳奈米管（Multi-walled carbon 石墨烯燈泡2023 nanotubes）[34]。 另外一種方法使用電漿蝕刻（plasma etching）一部分嵌入於聚合物的奈米管[35]。 原理為使用強氧化劑，於石墨的層狀結構中間進行插層氧化，使層與層之間存在帶負電的氧化官能基，克服石墨層間的凡得瓦力，並通過水分子的插層，大幅增加層間距離，使氧化石墨烯的剝離更容易。 現在，眾所皆知，每當石墨被刮磨時，像用鉛筆畫線時，就會有微小石墨烯碎片被製成，同時也會產生一大堆殘渣[15]。
这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观皺紋[39]。 石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。 完美的石墨烯是二维的，它只包括六邊形(等角六边形);如果有五邊形和七邊形存在，则会构成石墨烯的缺陷。
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普通碳奈米管的導熱係數可達3500W/mK，[78]各種金屬中導熱係數相對較高的有銀、銅、金、鋁，而單層石墨烯的導熱係數可達5300W/mK。 優異的導熱性能使得石墨烯有望作為未來超大規模奈米積體電路的散熱材料。 而扶手椅形(armchair型)石墨烯的能帶可能是半導體也可能是金屬，取決於奈米帶的寬度。
[87]電路處理頻率高達10 GHz，其性能在高達127℃的溫度下不受影響。 在更密集的激光照射下，除了眾所周知的可飽和吸收效應之外，石墨烯也可以具備由於光學非線性克爾效應的非線性相移。 根据2010年1月的一份报告中[86]，对SiC外延生长石墨烯的数量和质量适合大规模生产的集成电路(積體電路)。
