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一.石墨烯應(yīng)用于納米電子器件

由于石墨烯獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)及良好的導(dǎo)電性，因此石墨烯極有可能成為組成納米電子器件的最佳材料。

目前研究最為廣泛也是最為熱門的課題之一就是制備基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜以代替昂貴的氧化銦錫（ITO)電極。由于氧化石墨烯可大規(guī)模生產(chǎn)并且可加工性極好，所以以氧化石墨烯為原料制備石墨烯透明導(dǎo)電薄膜是一種重要的制備手段。在這種方法中，首先通過旋涂，浸涂，真空抽濾，LB組裝等方法做成氧化石墨烯薄膜，再通過化學(xué)還原或者熱還原的方法將氧化石墨烯薄膜還原成為石墨烯薄膜?？茖W(xué)家們也開發(fā)出了其他一些利用石墨烯或者還原石墨烯的分散液制備透明導(dǎo)電薄膜的方法。比如，Li等人在還原氧化石墨烯之前先將體系的PH值調(diào)至10得到穩(wěn)定的石墨烯分散液，再通過噴涂的方法得到了透明導(dǎo)電薄膜。Dai課題組用“熱膨脹-插層-剝離”得到的石墨烯分散液為原料，利用LB組裝的方法得到了石墨烯透明導(dǎo)電薄膜，這種薄膜的薄膜電阻為8kΩ/sq,而可見光區(qū)的透過率為83%。Biawas等人利用在水/氯仿這種二元體系的界面自組裝的方法得到了電阻為100Ω/sq，可見光透過率為70%的導(dǎo)電薄膜。Coleman課題組將在有機(jī)溶劑中直接超聲剝離的石墨烯進(jìn)行抽濾成膜，得到了電阻約為3kΩ/sq,可見光透過率為75% 的導(dǎo)電薄膜。目前，石墨烯導(dǎo)電薄膜已經(jīng)被用作染料敏化太陽能電池，液晶器件，有機(jī)發(fā)光二極管，晶體管等的電子器件。

二，分子檢測器

由于石墨烯的導(dǎo)電性會隨著表面吸附的分子含量的變化而變化，并且石墨烯具有極高的比表面積以及低約翰遜噪聲（熱噪聲），因此實驗上和理論上都證明了單層的石墨烯能作為一種很好的分子檢測器檢測各種小分子。石墨烯與被吸附分子之間的電荷轉(zhuǎn)移被認(rèn)為是這種化學(xué)檢測的原因所在。當(dāng)石墨烯表面吸附小分子時，石墨烯作為電子的供體或者受體與被吸附的分子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，因此費(fèi)米能級，載流子密度，電阻率發(fā)生改變。近期的一些實驗證明氨氣和一氧化碳分子可作為電子供體，而水分子及二氧化氮分子可作為電子受體與石墨烯發(fā)生作用。還原石墨烯也被證明是一種性能極佳的檢測器來檢測一些化學(xué)物質(zhì)及易爆品，檢測極限可達(dá)到ppb(parts-per-billion)級別。

三，生物應(yīng)用

還原石墨烯以及改性的石墨烯已經(jīng)被用在藥物載體，活細(xì)胞成像，生物分子檢測等生物領(lǐng)域。相比于碳納米管，石墨烯基材料在生物領(lǐng)域的應(yīng)用有著明顯的優(yōu)勢。首先，它不含金屬催化劑等雜質(zhì)，因此不會對細(xì)胞產(chǎn)生生物應(yīng)激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性劑而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯極高的比表面積能使載藥量大大提高。

Dai等人利用聚乙二醇（PEG)改性的石墨烯對活性細(xì)胞進(jìn)行生物成像，他們發(fā)現(xiàn)這種改性石墨烯不會產(chǎn)生生物毒性。同時，他們用這種改性石墨烯成功地實現(xiàn)了對疏水性藥物喜樹堿衍生物SN38的負(fù)載。SN38通過л-л共軛作用吸附于親水性的改性石墨烯表面，并且在體內(nèi)可以緩慢釋放，實現(xiàn)了藥物的控制與釋放。Zhang等人用葉素改性的石墨烯實現(xiàn)了對阿霉素以及喜樹堿的負(fù)載，并且實現(xiàn)了對人體乳腺癌細(xì)胞MCF-7細(xì)胞的靶向施藥。Yang等人先用磁性四氧化三鐵納米顆粒原位生長于石墨烯，再用葉酸對四氧化三鐵顆粒改性，得到了具有多功能性，PH值控制釋放，以及靶向施藥能力的載藥體系。

    改性石墨烯同樣也被用在一些生物器件上，檢測生物細(xì)胞以及生物分子。它能作為界面對單個細(xì)菌進(jìn)行識別，也能作為無標(biāo)記，可逆DNA檢測器，或是作為一種極性特定的分子晶體吸附蛋白質(zhì)/DNA。

四 納米粒子復(fù)合材料

近年來，在碳納米管上負(fù)載納米粒子得到了廣泛的有關(guān)注和研究，這種新型的納米結(jié)構(gòu)也已經(jīng)在生物醫(yī)藥，催化，傳感器的領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展。相對于碳納米管，石墨烯具有更相似的穩(wěn)定的物理性質(zhì)，但是具有更高的比表面積，因此，在石墨烯上負(fù)載納米粒子同樣有希望得到新的納米結(jié)構(gòu)，并改變其物理特性而產(chǎn)生更為豐富的應(yīng)用與功能。

  目前，研究中報道較多的石墨烯/納米粒子復(fù)合材料主要集中于石墨烯/金屬納米粒子復(fù)合物，石墨烯/金屬氧化物納米粒子復(fù)合物以及石墨烯/量子點(diǎn)復(fù)合物等。而制備的方法主要分為兩種，一種是利用金屬粒子或者金屬氧化物粒子的前驅(qū)體與石墨烯或者氧化石墨烯之間的作用力，將納米粒子原位反應(yīng)并組裝到石墨烯或者氧化石墨烯上。如Xu等人報道將Au，Pd及Pt的前驅(qū)體，AnCl4（2-），PdCl4（2-）和PtCl4（2-）分別分散到氧化石墨烯的水溶液中，然后用乙二醇對貴金屬鹽和氧化石墨烯同時進(jìn)行還原，得到了Au粒子，Pt粒子及Pd粒子負(fù)載的石墨烯。Cao等人報道了用Cd(2+)為前驅(qū)體，以二甲亞砜為溶劑和S源，在氧化石墨烯的二甲亞砜溶液中直接合成克Cds量子點(diǎn)修飾的石墨烯。這種新型的石墨烯/量子點(diǎn)復(fù)合材料在光電領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。另一種制備方法是將預(yù)先制備好的納米粒子通過共價或者非共價的方法直接組裝到石墨烯或者氧化石墨烯上。Liu等人利用這種方法制備了多種納米粒子/石墨烯復(fù)合材料。他們先利用血清蛋白還原并改性氧化石墨烯的表面，得到穩(wěn)定的石墨烯溶液。然后將預(yù)先合成的Au，Ag，Pt,Pd,SiO2等納米粒子與石墨烯溶液混合得到了分散均勻的石墨烯/納米粒子復(fù)合材料。Williams等人講TiO2溶液與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/石墨烯復(fù)合材料，這種新型復(fù)合材料在光催化方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

除了納米粒子復(fù)合外，石墨烯與其他碳基納米材料也可復(fù)合組裝形成復(fù)合材料。Liu等人通過共價連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學(xué)性能得到了顯著提高。Yang等人講碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級電容器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為90%時比電容搞到326.5F/g.同時，許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復(fù)合材料在制備透明導(dǎo)電薄膜方面的優(yōu)勢，他們發(fā)現(xiàn)石墨烯與碳納米管混合后制備的導(dǎo)電薄膜在功能上要優(yōu)于單一組分的導(dǎo)電薄膜。