将纳米石墨烯宏观组装形成薄膜材料，同时保持其纳米效应是石墨烯规模化应用的重要途径。山西煤化所与相关单位通过自组装技术，构建结构/功能一体化的碳/碳复合薄膜。这种全碳薄膜具有类似于钢筋混凝土的多级结构，其厚度在10~200μm之间可控，室温面向热导率高达977W/m·K，拉伸强度超过15MPa。这项研究解决了石墨烯导热应用的难题，是石墨烯领域的一项突破。

以氧化石墨烯为前驱体很容易获得薄膜材料，但这种材料需通过热处理才能恢复其导热/导电性能。山西煤化所的研究结果表明，1000℃是薄膜性能转变的关键点，薄膜的性能在该点发生质变。这一发现不仅解决了石墨烯热化学转变的基础科学问题，也为石墨烯导热薄膜的规模化制备提供了依据。

石墨烯基薄膜可作为柔性面向散热体材料，满足LED照明、计算机、卫星电路、激光武器、手持终端设备等高功率、高集成度系统的散热需求。这些研究成果为结构/功能一体化的碳/碳复合材料的设计提供了一个全新视角。