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石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯具有结构稳定、导电性高、韧度和强度高等突出的物理化学性质，被称为“黑金”，是“新材料之王”，已经应用在电子、储能、复合材料、航空航天等诸多领域。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
由于石墨烯具有质量轻、高导电性、高导热性、高强度等优点，在导热材料方面有巨大的发展空间。以石墨烯电加热不仅加热速度快，电热辐射转换效率高，而且石墨烯加热膜是整个面加热，温度均匀分布。最重要的是，会产生远红外辐射，具有良好的医疗、理疗作用。石墨烯在大健康领域的应用主要集中在智能穿戴、智能家居及理疗护具等产品，石墨烯发热技术带来了健康环保、安全智能、无尘静音等优势。
从目前石墨烯的应用领域来看，大健康领域是石墨烯产业化最早的领域之一，年石墨烯在大健康领域的市场规模达到5亿元，一些企业已经推出了石墨烯床垫、护颈、护腰、发热服、眼罩等产品，并在市场上销售。年在平昌冬奥会上，72名演员身穿烯旺科技开发的石墨烯智能发热服饰精彩亮相。在保证服饰轻薄与舒适的条件下，该服饰能在-20℃的低温条件下加热到50℃，并持续4小时。
石墨烯被认为是极具应用价值的新型材料。石墨烯与多糖等物质合成的复合材料，与细胞高度相容，可用作细胞生长支架;石墨烯衍生物表面含有大量的含氧基团，比表面积大，能促进干细胞的黏附、增殖和分化等，通过进一步结构化功能修饰，可用于骨组织工程领域;基于石墨烯材料的生物传感器可用于测定血清样品中的葡萄糖含量、细菌分析、DNA和蛋白质检测等;经过功能化的石墨烯还可作为载体，将药物运送至靶细胞，提高治疗效果和效率;石墨烯较碳纳米管具有更大表面积、更小*性、更低价格，并且其光热治疗作用更优，石墨烯或将成为癌症光热治疗的替代材料。
随着航天航空产业的发展，对复合材料的性能提出了更高的要求，因此需要研发更高性能的新型复合材料，由于石墨烯具有高强度、高导热、抗电磁干扰等性能，可用于航空航天材料中，提升航天航空材料性能，有潜力改变我国航空航天材料主要依赖于进口的局面。目前石墨烯在航空航天领域的应用主要包括大型微波暗室用吸波材料、飞行器与武器平台隐身、轻质复合材料、抗雷达干扰线缆、航空航天热管理系统、飞机轮胎、雷达电磁屏蔽等领域。
石墨烯在生物医药领域崭露头角，例如，它可以作为细胞生长支架，同多糖等物质合成与细胞高度相容的复合材料，植入人体，经过功能化的纳米石墨烯还可以作为有效载体将用于化疗的抗癌药物运输到细胞中，提高治疗效果和效率。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。总之，石墨烯在纳米药物运输系统、生物检测、肿瘤治疗以及细胞成像等方面的应用，填补了部分生物医药技术的空白。
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