從熱電性質上來說，在石墨烯的“二維世界”里，電子運動具有很奇特的性質，即電子的質量仿佛是不存在的，其傳導速度可達光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。加上石墨烯結構在常溫下的高度完美性，使得電子的傳輸及對外場的反應都超級迅速，這使得石墨烯具有超常的導電性和導熱性。而且更重要的是，石墨烯還可以用來制作晶體管，由于石墨烯結構的高度穩定性，這種晶體管在接近單個原子的線度上依然能穩定地工作。很多人相信，石墨烯將會成為硅的接班人，引領技術領域一個新的微縮時代的來臨。
石墨烯除了具有超高的強度和韌性外，還有不透水、不透氣以及抵御強酸、強堿的能力，這使它有可能成為制作保護膜的理想材料。而石墨烯既能導電又高度透明的特點，則使它有可能在制作液晶顯示屏、觸摸顯示屏、太陽能電池板等領域大顯身手。
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應用幾乎有無限可能
由于石墨烯材料本身的神奇性質，使它的應用幾乎具有無限可能，下面我們來介紹幾種人們最多談到的具體思路。
幾萬公里的太空電梯纜線
石墨烯堪稱人類已知的強度最高的物質，它不僅可以開發制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、可以制造出超堅韌的防彈衣，甚至還為“太空電梯”纜線的制造打開了一扇大門。
這種早在1895年就由火箭理論的先驅者、俄國科學家齊奧爾科夫斯基提出過的迷人設想，一直面臨著一個致命問題，就是如何制造出一根從地面連向太空衛星、長達幾萬公里并且足夠強韌的纜線，來承載“太空電梯”的上下往復。美國科學家表示，石墨烯的出現，完全有能力承擔這一艱巨任務。
一秒鐘內下載一部高清電影
2011年6月，一篇有關石墨烯應用的研究論文在英國《自然》雜志上發表。美國華裔科學家使用納米材料石墨烯研制出了一款調制器，科學家表示，這個只有頭發絲四百分之一細的光學調制器具備的高速信號傳輸能力，一秒鐘內下載一部高清電影指日可待。這項研究的突破點就在于，用石墨烯這種世界上最薄卻最堅硬的納米材料，做成一個高速、對熱不敏感，寬帶、廉價和小尺寸的調制器，從而解決了業界長期未能解決的問題。
據稱，每個石墨烯調制器的傳輸速度比銅導線快約千倍。如果把10個石墨烯調制器放在一起，傳輸速度可以達到百萬兆，上網速度將比現在快1萬倍。
一分鐘給手機、汽車充電
美國研究人員近日公布了他們研制的一種新型電池，這種電池能在一分鐘內給手機，甚至是汽車充滿電。這種名叫微型石墨烯超級電容器的裝置的充電或者是放電速度比常規電池快100倍到1000倍。研究人員利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出一種新型儲能設備，可以將充電時間從過去的數小時之久縮短到不到一分鐘。該研究發表在近期出版的《納米快報》上。
研究人員表示，對于超級電容器來說，它再“快”也不過是數量上的升級，“小”才是其最大價值。一直以來，電子產品的微型化、小型化，常常會遭遇儲能系統方面的阻礙。過大的電池體積，拖累了整個產品的靈活小巧。而新型超級電容器不但擁有較小的體積，且可以輕易整合到其他配件當中。