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石墨烯作为新型纳米材料，其独特的特性让它在多个领域展现出潜力。它具有极佳的导电性，电子在其平面内的传输速度远超传统导体，这使得它在电子器件领域有广阔应用，比如用于制作更高效的导电薄膜、电极材料，让电子设备的性能得到提升。​
同时，石墨烯的力学强度极高，虽然厚度仅为单个原子层，却比钢铁还要坚固许多，且兼具柔韧性，能弯曲折叠而不破坏结构，适合用于制作轻质且耐用的复合材料，比如添加到塑料、金属中，提升材料的强度和韧性，同时减轻重量。​
它的导热性能也十分出色，热量在石墨烯中能快速均匀传导，可用于制作散热材料，解决电子设备、新能源电池等的散热难题，避免因局部过热影响设备寿命或性能。此外，石墨烯拥有极大的比表面积，这让它在吸附、催化等领域也有应用潜力，比如用于水质净化的吸附材料，或作为催化剂载体提升反应效率。