石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料[1]。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
 

石墨烯特性

稳定的结构：

石墨烯中碳原子均由共价键相连，共价键相对其它化学键键能更高更稳定。石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用，类似石墨表面。

超薄特性：

石墨烯是一种从含碳材料中剥离出的单层碳原子面材料。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米（一个原子的直径），把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

超高的导电性：

石墨烯是导电性最好的材料之一，载流子（电子）在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。

出色的柔韧性：

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。

优秀的抗干扰特性：

石墨烯中的电子在轨道中移动时，由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

超强的表面硬度：

石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度是钢铁的100倍以上。如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。
 

石墨烯的应用

中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯材料可望广泛应用于集成电路器件。更多应用领域包括微纳电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等。英国曼彻斯特大学工程与自然科学院院长贝利表示，石墨烯有可能彻底改变目前数量庞大的各种应用，“从智能手机和超高速宽带，到药物运输和计算机芯片。”

涂料：

石墨烯可提高静电喷涂底漆的传递效率，从而节省部分涂料，减少VOC挥发，且可得到颜色更浅的涂层；在重防腐涂料中，石墨烯能形成大量的隔离层，可阻止外界侵蚀，从而显著延长涂层寿命。

皮革涂层：

石墨烯可提高皮革的耐磨性能，延长老化时间，还能显著增加皮革的阻燃率和抗静电能力。

高分子复合材料：

单层石墨烯的杨氏模量高达1 TPa断裂强度为130 GPa。作为复合材料的添加剂时，能显著提高基底材料的各项力学强度和耐磨性能。此外，石墨烯还能提升高分子材料的导电或导热性能。

合金：

石墨烯与合金复合后无明显的界面或相分离，表现出非常优异的相容性；同时，可显著提高其力学强度和加工效率。

生物医学：

石墨烯的理论比表面积达到极限，对疏水性分子或其它活性物质的负载量远远大于其它纳米材料。因此，石墨烯（或氧化石墨烯）可作为负载药物分子的载体，提高活性成份在水中的溶解度和稳定性。

能源：

锂离子电池：全新的半导体新材料氧化石墨烯（GMO）将提升锂离子阳极的效能。用石墨烯电极做负电极，动力锂电池的充电时间将从2小时缩短到10分钟。

超级电容器：超级电容器通过在电极表面积累电荷进行充电，具有能量密度大和比充电电池功率密度高的优点，可快速充放电，使用寿命长，有很宽的电压和工作温度范围，是一种新型、高效实用的能量储存装置。

手机触摸屏：

石墨烯触摸屏合成对环境无害，需要资源少，并且随着生产工艺的不断改进，生产成本有望大大降低于传统的氧化铟锡触摸屏。

淡化海水：

通过精确控制多孔石墨烯的孔径并向其中添加其他材料，改变石墨烯小孔边缘的性质，使其能够排斥或吸引水分子。这种特质的石墨烯，就如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子。

散热膜：

石墨烯具有良好的导热性能，单层石墨烯高达5300 W/m•K。因此，石墨烯薄膜可作为各类电子设备的优良的散热材料。