路径二：重点行业应用示范
坚持石墨烯发展全国一盘棋和分行业指导相结合，统筹规划，整合资源，合理布局，明确石墨烯发展大方向。鼓励全民创新，引导创新成果转化，扎实提高基础科学理论水平，促进各行业深度发展，总结积累产业化经验，加快推动石墨烯应用整体水平提高，开展重点行业的应用示范工作。
首先，医学领域，缘于对分子间相互作用极其敏感，并在理论上可实现单分子检测，石墨烯及相关材料是制作生物传感器的理想材料，特别是用于开发生物系统的界面传感器。传感技术与生物学的结合，可实现亚细胞级的细胞表面动力学研究，并创造出新型器件，以开发基于石墨烯及相关材料的医用新技术。
其次，化学领域，因石墨烯及其相关材料对分子间相互作用敏感，是制备化学传感器的理想材料，可用于化学分析，环境监测等;另外，石墨烯及其相关材料可达到只有原子厚度，且具有优良的力、热、电性能，对腐蚀介质抗渗性好，与基材表面附着力强，化学稳定性和热稳定性高，可防止严酷环境下的电磁损害，在海洋工程防腐，比如船舶、海上风电等等防腐，或其他高性能、轻质技术应用的功能涂层和界面领域，均有理想的应用前景。
第三，能源领域，一方面替代昂贵铂金属催化剂，延长电源设备寿命;另一方面因为石墨烯的高载流子迁移率和优异的力学性能，可提供更好的网络，承受充放电过程中很大的体积变化，维持有效的电子收集和运输状态，为增加能量转换效率提供可行解决方法，石墨烯及其相关材料可应用于复合材料和能源方面的功能材料，制备高能量转换效率电极、高容量电池、电容、储能设备等。
第四，纳米器件领域，石墨烯力学强度高，可作为最终薄膜，应用于很多工业工艺的核心领域，如海水淡化、水过滤等。石墨烯膜对微型电子信号敏感，可实现从纳米流体到纳米谐振器的制造，非常适合应用于纳米电机械系统，也可用作投射电镜成像和高频电子产品等。
第五，电子领域，以其为抓手率先突破石墨烯高端应用。一、通过石墨烯及其相关材料与基于硅、氮化镓、砷化镓、磷化铟等传统半导体器件的集成，提升混合系统性能，制备石墨烯升级版电子器件。二、通过石墨烯及其相关材料膜的转移与键合，实现其在半导体平台上的后端集成，借助与半导体器件间的界面设计，发挥集两种材料功能的集成器件工作潜能。三、通过石墨烯及其相关材料设计新的层状材料和异质结构，用于功能电子和光电、能带结构材料。四、通过石墨烯及其相关材料开发射频用无源组件，如测试天线、电子互连、热扩散层、过滤器和微机电系统等无源组件，以及自混合天线、可用开关控制的屏障、光学透明器件等新型微波天线与器件，拓展其在高频电子领域的应用。五、通过开发集成石墨烯及其相关材料与硅波导和无源光路，拓展硅光子学集成，应用于下一代计算与通信系统，实现现有的CMOS硅制造产线对此类晶片的规模集成。六、通过研究石墨烯柔性电子器件和系统，如柔性传感器、柔性射频电子和无线连接方案、柔性无源电子技术、柔性电子学系统级平台等，拓展其在柔性电子学以及可穿戴装备方面的应用。七、通过石墨烯电子和光电子组件结合，研究石墨烯及二维材料光学行为和光电响应理论，开拓石墨烯光子学和光电子学应用。
路径三：产学研用协同推进
产学研用多渠道协同推进石墨烯产业化进程，通过生产单位、学校、科研机构和用户等相互配合，集中各自优势资源，形成研究、开发、生产、应用一体化的高效系统，在运行过程中发挥综合优势，提高产业链从实验成果到实际应用的整体效率，降低转化成本。建立石墨烯上游生产企业，包括石墨矿企、石墨烯生产设备CVD等设备生产企业，下游应用企业，包括电子企业、电池企业、生物医药企业、航空航天企业等与高校、研究院所等科研机构的产业联盟、技术创新联盟等。提炼共性技术，加强石墨烯公共技术服务，降低石墨烯产业化进程中的时间、资金、技术、工艺、设备、人才等成本，为联盟单位提供一个高标准高质量的起点和合作渠道。目前，我国已成立了中国石墨烯产业技术创新战略联盟和京津冀石墨烯产业联盟两家联盟单位。
路径四：创新平台集聚发展
完善国家石墨烯创新体系建设，加强顶层设计，加快建立以创新中心为核心载体、以公共服务平台和应用产业数据中心为支撑的石墨烯创新网络，建立以市场为主导的创新和应用方向选择机制以及鼓励创新的风险分担、利益共享机制。建立石墨烯创新产业园区和基地，引进科技成果转化孵化器和技术产业化加速器。利用地方人才、资源、资金等优势发展产业集群，集聚新兴产业，发挥产业集聚效应，加速石墨烯创新和应用突破及产业化进程。建设一批促进石墨烯协同创新和产业化的公共服务平台，规范行业标准，开展技术研发、技术评价、技术交易、检验检测、质量认证、人才培训等专业化服务，提高科技成果转化效率和推广应用速度。