石墨烯是由單層碳原子排列成六邊形晶格的壹種異形體(形式)。它是碳的許多其他異形體的基本結構元素，如石墨、木炭、碳納米管和富勒烯。它可以被認為是壹個不確定的大芳香族分子，是壹種多環芳烴族的終極例子。
石墨烯有許多不同尋常的性質。它是經過測試的最堅固的材料，能有效地傳導熱量和電，而且幾乎是透明的。石墨烯顯示了壹種大而非線性的反磁性，比石墨的大，可以被釹磁鐵懸浮。
科學家們對石墨烯進行了多年的理論研究。幾個世紀以來，通過使用鉛筆和其他類似的石墨應用，它無意中產生了少量的物質。它最初是在1962年的電子顯微鏡中觀察到的，但在金屬表面的支持下才被研究。這些材料後來被重新發現、分離，並在2004年由曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫完成。通過對其組成、結構和性質的現有理論描述，了解了研究情況。這項工作導致了2010年兩次獲得諾貝爾物理學獎“關於二維材料石墨烯的開創性實驗”。
石墨烯
“石墨烯”是“石墨”和後綴-ene的組合，由Hanns-Peter Boehm命名，在1962年描述了單層碳箔。
“cafeen”壹詞最早出現於1987年，用來描述石墨作為石墨夾層化合物(GICs)的組成部分;從概念上講，GIC是壹種晶間和石墨烯的結晶鹽。該術語還被用於碳納米管的早期描述，以及外延石墨烯和多環芳烴(PAH)。石墨烯可以被認為是壹種“無限交替”(只有6個碳環)多環芳烴。國際純粹與應用化學聯合會指出:“以前，石墨層、碳層或碳片等描述都被用於石墨烯這壹術語……”對於壹個單層的術語來說，它是不正確的，它包含了術語石墨，它意味著壹個三維的結構。在討論單個層的反應、結構關系或其他性質時，只應使用石墨烯。
Geim定義了“孤立的或獨立的石墨烯”，因為“石墨烯是石墨的單壹原子平面，這是必不可少的——從它的環境中充分分離出來，被認為是獨立的。”這壹定義比IUPAC定義要窄，它指的是cloven，傳輸和懸浮石墨烯。其他形式如石墨烯在各種金屬上生長，如懸浮或將轉移到二氧化矽(SiO)，則可以成為自由站立。
石墨烯的理論最早是在1947年被華萊士發現的，作為理解三維石墨的電子特性的起點。由Semenoff、cenzo和Mele首次提出了無質量的無質量Dirac方程。1948年Ruess和Vogt發表了最早的few-layer石墨的TEM圖像。早在1962年，Boehm報告生成了氧化石墨烯薄片的單層石墨烯薄片時，壹項關於石墨層的早期的詳細研究就開始了。
石墨烯
1990年開始，通過機械去角質來制作石墨薄膜的努力，但在2004年之前，沒有比50 - 100層更薄的薄膜。最初嘗試制作原子薄的石墨薄膜，使用了類似於繪圖方法的去角質技術。得到厚度為10nm的多層樣品。
有關石墨烯生產的首批專利之壹於2002年10月提交，並於2006年獲得批準。兩年後，2004年，Geim和Novoselov從大塊石墨上提取了單原子厚的晶體[7]，並將其轉移到薄二氧化矽上(SiO)。
在矽晶圓片上，電隔離石墨烯。這種解理技術直接導致了石墨烯的反常量子霍爾效應的首次觀測，提供了石墨烯理論上預測的無質量狄拉克費米子的理論預測的直接證據。這壹結果由Geim的小組以及Kim和Zhang報告，他們的論文於2005年發表在《自然》雜誌上。Geim和Novoselov因他們對石墨烯的開創性研究獲得了獎項，特別是2010年的諾貝爾物理學獎。
2013年,歐盟委員會資助的大型研究項目總預算的石墨烯旗艦 10億,涉及150個合作夥伴組織。
壹旦商業規模的生產被證明，石墨烯的商業化就會迅速進行。到2017年，在第壹個實驗室石墨烯電子裝置問世13年之後，壹個集成的石墨烯電子芯片在商業上被生產，並在聖地亞哥的納米醫學診斷中向制藥研究人員推廣。
石墨烯
石墨烯是壹種透明且柔韌的導體，它為各種材料/器件應用，包括太陽能電池，發光二極管(LED)，觸摸板和智能窗戶或手機提供了保證。例如，壹家中國公司生產的基於石墨烯的觸摸板模塊(2D Carbon Graphene Material Co.， Ltd.)已批量出售給手機、可穿戴設備和家電制造商。
石墨烯的其他早期商業用途包括填料，如石墨烯註入的打印機粉末。
石墨烯超級電容器作為傳統電解電池的替代能源。具有快速充電、壽命長、環保生產等優點。從2015年左右開始，由骨架技術生產的石墨烯超級電容器已經商業化，並首次被用於壹些特殊的應用，而不是傳統的電池。到2017年，商用石墨烯超級電容器組可用於工業電力應用，其最大輸出功率為1500千瓦。2016年，Adgero宣布了壹種用於大型卡車的再生制動系統(KERS)，該系統采用了基於石墨烯的超級電容器。2016年，Henrik Fisker宣布開發壹款電動汽車，它將使用石墨烯超級電容器代替鋰離子電池。
與鋰離子電池相比，它的低能量密度正在得到解決。計劃中的電動汽車的目標是最低400英裏(640公裏)。後來宣布，菲斯克公司生產的電動汽車仍將使用鋰離子電池，但石墨烯超級電容器的研究將繼續由納米技術公司提供。