Graphen-basierte Materialien umfassen reine Graphenlagen, funktionalisiertes Graphen, Graphenoxid, reduziertes Graphenoxid und Komposite, in denen Graphen als Verstärkung oder leitfähige Phase dient. Sie zeichnen sich durch hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, extreme Festigkeit und große spezifische Oberfläche aus. In der Werkstoffwissenschaft werden sie zur Verbesserung von Verbundwerkstoffen, Energiespeichern, Sensoren, Korrosionsschutzschichten und Katalysatoren eingesetzt.