石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。傳統的半導體和導體，例如硅和銅，由于電子和原子的碰撞，傳統的半導體和導體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費了72%-81%的電能。而在石墨烯中，每個碳原子都有一個垂直于碳原子平面的σz軌道的未成鍵的p電子，在晶格平面兩側如苯環一樣形成高度巡游的大π鍵，可以在晶體中自由高效的遷移，且運動速度高達光速的1/300，電子能量不會被損耗，賦予了石墨烯良好的導電性。晶格平面兩側高度巡游的大π鍵電子又使其具有零帶隙半導體和狄拉克載流子特性寬頻的光吸收和非線性光學性質，以及室溫下的量子霍爾效應等。常溫下石墨烯電子遷移率超過15000cm2/V·s，比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約為10-6Ω·cm，比銅或銀更低，是世上電阻率最小的材料。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數百倍。這些優異的性能使石墨烯在太陽能電池、觸摸屏、場效應晶體管、高頻器件、自旋器件、場發射材料、靈敏傳感器、高性能電池和超級電容、微納機電器件及復合材料諸多領域都有潛在應用。

　　石墨烯是新一代的透明導電材料，在可見光區，四層石墨烯的透過率與傳統的ITO薄膜相當，在其它波段，四層石墨烯的透過率遠遠高于ITO薄膜。石墨烯幾乎是完全透明的，透光率高達97.4%。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體原子（氫原子）也無法穿透。并且石墨烯導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能光板。

　　石墨烯的比表面積

　　比表面積影響著石墨烯和石墨烯相關材料（如石墨烯氧化物、石墨烯金屬氧化物復合材料、采用雜原子的石墨烯、納米光催化劑等等）的各種應用。在很大程度上，這些材料的暴露面與氣體、液體、固體、電子、離子、光子和聲子相互作用。因此，評估石墨烯材料的比表面積是理解和優化其性能的至關重要的一步。

　　目前，評估石墨烯材料的比表面積的*可靠的方式是經典的BET方法。這種方法的通過合適的設備測得的氮吸附77K等溫線來獲取石墨烯材料的比表面積。低溫條件促使暴露的石墨烯材料的表面形成等效單層吸附的氮分子。BET比表面積通過一個氮分子覆蓋的面積（0.162 nm2）乘以形成等效單層所需的分子數簡單地計算而來。這種幾十年前采用的BET方法，能夠量化其他方式無法觸及的表面，因此，是國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）推薦的比表面積評估方法。

　　如果充分暴露的面積足夠大。然而，石墨烯片層往往互相堆疊，這是由于它們的表面之間微弱而廣泛的范德華力作用。石墨烯的層狀堆積降低了它們有效的比表面積，與它們的疊加程度成正比。*近，郭教授等使用Autosorb物理吸附分析儀研究了這種關系。表1顯示了通過公式N = At/Am的一種簡單比例定律進行的預測，其中N是堆疊層的層數，At是石墨烯理論比表面積，Am是實測的BET比表面積，與通過其他技術得出的N值進行比較。理論和實驗之間的高度一致性尤其在更高的比表面積情況下有所體現，石墨烯表面越大，游離的石墨烯粒子越易于通過孔隙接觸，如下圖所示。

　　表1.商業石墨烯樣品的平均堆疊層數（N）氣體吸附預計與報告值的比較

　　石墨烯的孔徑

　　石墨烯或石墨烯相關材料的孔隙可包括片層中的孔，其尺寸可以定制，例如，通過選擇環切除和氮鈍化，片層之間的空間，整體孔隙尺寸和大小分布是由堆積程度、褶皺作用或者添加劑支撐決定的。Autosorb物理吸附分析儀測量石墨烯材料孔隙大小分布的代表性例子如圖2所示。在這種特殊情況下，剝落石墨烯氧化物材料的化學活化作用產生具有98%sp2結合物的石墨烯衍生產品，極高的BET比表面積，和雙峰的孔徑分布。注意，使用二氧化碳可抵達低于~ 0.7 nm超微孔隙，實現273 K吸附，以避免氮氣在*小的納米孔的緩慢擴散。合理的一致性在高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）觀察分析和非定域密度函數理論孔徑分布來計算或更先進的淬火固體密度函數理論（QSDFT）方法［7］中有報告，該方法考慮了表面石墨烯樣品的各向異性。這些孔徑的特性已被證明與石墨烯和石墨烯材料的性能相關，使其能得到更廣泛的應用 。

　　例如，多級微介孔結構已被證明能夠以較小的微孔隙保留較高的比表面積和反應性，通過更大的介孔進行各種物質更快的擴散和傳輸。顯然，氣體吸附技術適合于微介孔石墨烯和石墨烯材料的表征。關于這些基本特性測量的各種研究出版的數量的大量增加，也證明了這一點。

　　石墨烯的密度

　　氣體膨脹法法提供了一種快速、清潔和無損評估碳材料密度的方法。該方法的精密度和準確度，如自動化micro-Ultrapyc1200e （能夠處理的樣品體積微小至0.1cm3）能充分評估石墨烯相關材料的化學和物理特性的差異。

　　石墨烯片層的密度可隨堆疊的順序和完善程度而增加。完美疊加和對齊的石墨烯片層的密度接近晶質鱗片狀石墨——（2.267 g/cm3）。然而，雜原子堆疊的瑕疵和缺陷趨于降低密度值，這取決于雜原子的性質和成分，以及孔隙的特征。在某些情況下，堆積或集聚期間產生的孔隙可保持與外部氣體隔絕。尤其是封閉的孔道會顯著降低測量的密度，但可以通過一些過程暴露出來，例如，對大量游離石墨烯粒子進行高能研磨過程。因此，報告的石墨烯相關材料（粉末狀或薄膜狀）的密度處于~ 1.6 g/cm3和~ 2.1 g/cm3 之間不等，而且這一情況并不少見。

　　石墨烯的反應活性

　　雖然理想的石墨烯二維晶體的表面都是均勻的，但是，實際的石墨烯材料往往在能量、化學和物理特性上表現出各向異性。表面位點可能對吸附、離子或電子交換、機械強度等等產生更多反應，包括石墨烯片層邊緣、Stone-Wales缺陷點、雜原子、功能基團、雜質、金屬催化劑，等等。化學吸收作用和溫度編程技術評估石墨烯和石墨烯相關材料更多反應點的數量和質量，采用經典的和更現代化的技術，可以采用便利的自動化方法，并且使用現有的先進的化學吸附儀器，如Autosorb或ChemStar來實現。