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石墨烯薄膜可以应用在导热膜上，发挥其优异的导热性能，用于智能手机、平板电脑等设备的散热层；利用石墨烯的导电透光以及高度柔性，可以用来制作柔性显示屏、可穿戴设备等；石墨烯巨大的比表面积以及优异的电子传输性能，是的传感器领域成为石墨烯薄膜的一大目标市场；此外，石墨烯对硅的替代有望带来半导体领域颠覆性的革命，成为下一代集成电路、超级计算机的基础材料。
根据前瞻产业研究院发布的《2017-2022年中国精细化工行业深度调研与投资战略规划分析报告》数据显示，2014年是石墨烯薄膜的专利的爆发年，大多数企业在这年获得了技术突破，2015年以来主要针对的是技术的改进、产业化的探索，专利申请较巅峰时期有所减少，2017年前7个月仅有11项专利申请，这也正是石墨烯薄膜技术基本成熟、产业化即将突破的前兆。
现阶段石墨烯薄膜的主要问题是大尺寸膜的制备、价格偏高，以及下游市场的现有应用非常成熟，石墨烯要进行替代还存在很多问题。不过这些阻碍正在出现好转，包括二维碳素、第六元素、重庆墨希等在内的多家公司已经具备石墨烯薄膜大规模制备的能力，同时产业链上下游的结合日益紧密，虽然现在产业规模还不大，但是未来1-2年将会出现较大突破。
从大尺寸膜的制备技术来看，目前重庆墨希、常州二维碳素已经实现5寸、6寸石墨烯触摸屏膜的生产，在小尺寸上技术渐趋成熟，重庆墨希甚至研制出了长300mm、宽230mm的石墨烯透明导电膜，基本可以满足移动设备的触控需求。
价格方面，国内外石墨烯薄膜企业公开报道的制备成本均高于300元/平方米，而石墨烯薄膜若要替代ITO，其制备成本必须低于100元/平方米才具备市场竞争力。目前中科院宁波材料所石墨烯技术研究团队创新了一种化学插层技术用于石墨烯薄膜从铜箔生长基体向高分子基材的转移，成本预计小于50元/平方米，与ITO薄膜相比具有较大的性能和成本优势，应用前景非常广阔。随着单个企业产量的提升以及整个行业产业化的推进，石墨烯的成本端正快速下降，石墨烯薄膜的价格也有望随之降低，成本劣势会不断缩减，有望降到和ITO价格相媲美。
另外，在下游应用方面，无锡格菲电子薄膜科技有限公司、北京旭碳新材料科技有限公司等企业已经建成了石墨烯触控产品生产线，其中格菲电子在2014年9月就实现了年产两千万片石墨烯触控产品。
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