在电化学双层电容中其主要利用石墨烯的高比表面积特性作为电极活性材料，理论上石墨烯的比容量可达550 F/g。然而在实际应用中，石墨烯的比表面积与其理论值相差甚远，以比表面积300~1000 m2/g的还原氧化石墨烯为例，其比容量仅为100~270 F/g。循环过程中，石墨烯片层之间的自发堆叠会进一步限制后期电容的性能发挥。此外，石墨烯/金属氧化物复合材料，利用石墨烯作为金属氧化物的负载载体，使其在纳米尺度分散，可应用于赝电容器中的电极活性材料，同时提高电极的导电性、机械稳定性以及电化学性能。
在电子技术中，电信号更易于处理，因此人们常常将各种传感信号（气体、光、力）转换成电信号处理。石墨烯独特的能带结构使其具有优异的电学特性。由于原子裸露在表面上，石墨烯的能带结构或电子态很容易受到外界信号的调制，从而导致电学性质的变化。这一特性赋予石墨烯在传感器领域强大的生命力和吸引力。
石墨烯材料在金属材料中的增强作用主要是通过界面作用来有效阻止错位运动，从而强化金属基体。此时还要考虑金属与石墨烯的相互作用属性，如有的很强（如镍或钌），有的很弱（如铂或铱），有的会形成碳化物（如铝）等。
石墨烯改性橡胶的性能与很多因素有关，其中至关重要的是石墨烯在基体中的分散性和石墨烯与基体的界面性质。分散不均匀的石墨烯容易在基体中产生应力集中现象，从而降低石墨烯的增强效果。界面主要起到应力传递效应和阻断效应，即界面可将体系中基体承受的外力传递给石墨烯，起到基体与石墨烯的桥梁作用，并阻止裂纹扩展，缓解应力集中的作用。当多层石墨烯用于改性橡胶时，还需要考虑与石墨烯面内的强共价键相比，多层石墨烯片层之间的范德瓦耳斯力很弱，其增强能力还受到层间易剪切的限制。
由氧化石墨烯膜经过还原和高温石墨化后形成的石墨膜，是以石墨烯为主体，采用多层石墨烯堆叠而成的高定向导热薄膜，传统工艺是采用聚酰亚胺薄膜经过碳化和高温石墨化后形成的人造石墨膜。
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