2004年，來自英國曼徹斯特大學的物理學家AndreGeim和KonstantinNovoselov在實驗室成功地將石墨烯從石墨薄片中分離出來。兩人都因在二維石墨烯材料方面的開創性實驗獲得了2010諾貝爾物理學獎。發現它的厚度只有0.34 nm，壹塊1 mm厚的石墨片是由近300萬層石墨烯堆疊而成。
石墨烯的出現引起了世界範圍內的研究熱潮，尤其是其獨特的性質。許多專家稱之為“改變21世紀的材料”，並預言“21世紀將是碳(C)的世紀”。
石墨烯具有超強的導電性，其遷移率是矽的100倍。據專家介紹，石墨烯中的電子在軌道上運動時，不會因為晶格缺陷或者外來原子的引入而發生散射，幹擾非常小。因此，電子的運動速度超過了在其他金屬單體或半導體中的速度，可以達到光速的1/300。
石墨烯的導熱性能優於碳納米管，是銅、鋁等金屬的幾十倍，這使得石墨烯作為未來超大規模集成電路的散熱材料大有可為。石墨烯也比鉆石堅硬，其機械強度是鋼的100倍，還有拉伸折疊的柔韌性和優異的透光性，透光率達到97.4%。
此外，石墨烯具有非常高的比表面積。單層石墨烯的理想比表面積可達2630平方米/克，而普通活性炭的比表面積為1500平方米/克，這使得石墨烯成為壹種潛在的儲能材料。
廣闊的應用前景
剛剛誕生的石墨烯是壹種技術含量非常高、應用潛力非常廣泛的碳材料。在觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、半導體、航空航天、軍工、復合材料、生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景，壹旦量產將成為下壹個萬億美元的新興產業。
“目前從全世界來看，石墨烯是壹個前沿研究，材料的研發還處於起步階段，距離大規模應用還有很長的路要走，但這並不代表它很遠。”南京大學電子科學與工程學院教授王欣然表示，手機、平板電腦等終端上的石墨烯觸摸屏應該會率先進入市場，預計兩年後就可以上市。石墨烯制成的光電探測器、太陽能電池等光電器件也將在2015逐步進入市場。而要求更高、工藝更嚴格的高頻電路和邏輯電路，在遙遠的將來是無法進入市場的。
中科院院士高鴻鈞也表示，石墨烯在未來電子器件中具有誘人的應用前景，被視為石墨烯研究最有可能突破和產業化的領域，成為國際研究和競爭的焦點。
據媒體報道，日前，中科院重慶綠色智能技術研究所已成功制備出國內首塊15英寸單層石墨烯，尺寸達到國內最高水平。目前，中科院重慶研究院已在銅箔基板上生長出15英寸均勻單層石墨烯，並成功轉移到柔性PET基板等基板表面。經過進壹步加工，還制成了7英寸的石墨烯觸摸屏。把石墨烯觸摸屏貼在普通筆記本電腦的顯示屏上，就可以用手寫筆在屏幕上寫字了。
在儲能領域，石墨烯有望在鋰離子電池和超級電容器的開發中發揮重要作用。石墨烯具有優異的導電性和靈活的二維層狀結構，可以提高鋰離子電池和超級電容器的充放電速度、循環穩定性和安全性，並可能在幾分鐘甚至幾秒鐘內充滿電。這種石墨烯鋰電池在消費電子、電動汽車、儲能等領域有很大的市場。
此外，石墨烯制成的散熱膜可應用於智能手機、平板電腦、LED照明、液晶電視等超薄大功率電子產品。功能化石墨烯材料在生物醫學、生物診斷和食品加工方面也有很高的應用價值。
投資熱正在升溫
由於石墨烯巨大的市場潛力，全球範圍內掀起了石墨烯的研發和投資熱潮。目前，三星電子、IBM、陶氏化學、通用汽車、施樂等國際大牌廠商都在積極推進石墨烯產業化的研究。
資料顯示，參與石墨烯研發的公司超過200家，中國和美國在產品專利數量上遙遙領先。對石墨烯產業有深入研究的英國科技戰略機構CambridgeIP的最新數據顯示，全球最大的10石墨烯相關專利持有人分別是IBM、KAIST、KIST、萊斯大學、三星、盛迪、清華大學、成均館大學、施樂、浙江大學。
劍橋知識產權公司董事長多諾克表示，過去幾年，亞洲，尤其是韓國和中國的石墨烯專利活動顯著增加。
在國內，浙江大學、清華大學、北京大學、中科院金屬所、中科院寧波材料所、上海交通大學、東南大學、天津大學等高校和科研機構在石墨烯制備和應用領域申請了多項專利。
截至今年6月，國內機構* * *已申請石墨烯相關發明專利3000多項，其中國家知識產權局授權專利456項，主要集中在石墨烯的制備和應用方面。
在石墨烯的產業應用上，江蘇走在全國前列。2010年7月，臺州成立了國內第壹家專業的石墨烯新材料公司，現已具備較大規模。
2011年，中科院寧波材料所劉兆平研究員帶領的石墨烯研究團隊成功開發出具有自主知識產權的石墨烯低成本規模化制備技術，並建立了噸級中試生產線。2012將技術轉讓給上海南江(集團)有限公司，雙方成立寧波墨希科技有限公司，致力於石墨烯的生產、銷售和應用技術研發。年產300噸石墨烯生產線計劃於2013年底建成。
觸摸面板產業正成為重慶發展電子信息高新技術產業的又壹重要方向。據預測，到2015年，平板電腦大尺寸觸摸屏需求也將達到2.3億片，其中石墨烯將占據重要市場。為此，上海南江集團將與中科院重慶研究院共同推進“大型單層石墨烯產業化項目”，前期投入2.67億元。近日，石墨烯產業基地成功落戶重慶，將力爭壹年內建成首條生產線並投產，形成654.38+00萬片石墨烯片的產能。
隨著石墨烯的技術進步和產業化，市場對它的關註度越來越高。出現了數十家涉及石墨烯研發、生產、銷售和服務的高科技企業。比如上海新馳、南京福柯納米、深圳貝特瑞等。其中，有很多風險投資機構積極參與。
此外，國內多家上市公司也進入了石墨烯應用領域。方大炭素5月20日晚間公告稱，其利用石灰石制備石墨烯的方法近日獲得了國家知識產權局的專利證書，專利期限為20年。方大炭素表示，與現有技術相比，本發明具有制備工藝簡單、原料來源廣泛、成本低廉、安全環保的優點。
大嶽投資董事會主席陳雲華今年3月透露，公司目前正在規劃石墨烯產品的研發，將主要應用於紡織服裝、汽車電池、手機等領域；2013年3月，杜南電力公司宣布正式申請石墨烯和石墨烯電池兩項專利。2012年7月，華麗家族確認控股股東南江集團正在投資建設全球首條石墨烯生產線。鐘超電纜近日也確認，2012年7月，公司獲得“含石墨烯的橡膠絕緣電纜”有效專利；陸金集團與中科院金屬所聯合研發的“石墨烯材料規模化制備技術”通過了四川省科技廳的專家鑒定。
工業化的障礙
雖然石墨烯的研發如火如荼，在學術界、企業界和資本市場備受追捧，但如何大規模制備高質量、大尺寸、低成本的石墨烯，是產業化亟待解決的問題。
在7月13舉行的石墨烯產業發展趨勢與投資論壇上，多位專家表示，目前制備石墨烯的技術並不成熟，產品面積很小，不能適應工業應用。石墨烯整體還處於研發階段，各國對這種新興材料處於專利布局期，產業鏈尚未形成。對石墨烯需求最大的仍然是各大高校和科研機構的研究和應用。
據介紹，石墨烯之所以沒有實現量產，是因為沒有找到適合量產的方法和途徑，這也是石墨烯成本居高不下的原因。目前石墨烯的制備方法主要有四種:微機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和化學氣相沈積法。
諾貝爾獎獲得者海姆和諾沃肖洛夫獲得石墨烯的方法被稱為微機械剝離，即直接從較大的晶體上切割石墨烯薄片。這種方法仍然是在實驗室獲得石墨烯進行基礎研究的重要手段。這種方法得到的石墨烯質量高，但尺寸小且不壹，而且勞動強度大，成本高，不能滿足產業化的需要。
外延生長法得到的石墨烯面積大，質量高，但缺點是石墨烯的生產成本非常高，生長條件非常苛刻。這種方法生成的石墨烯不容易轉移到其他基底上，因為在金屬表面生長石墨烯，然後轉移到合適的基底上是非常困難的，就像在足球場上鋪壹層薄薄的保鮮膜，使其平整完整壹樣。
目前，氧化石墨還原法是成本最低、最容易實現大規模生產石墨烯的方法。其缺點是在氧化還原過程中，石墨烯的電子結構和晶體完整性容易被強氧化劑破壞，進壹步影響石墨烯的分子特性。
化學氣相沈積法雖然可以大面積制備石墨烯，轉移到其他襯底上也不難，但質量仍有待提高，而且工藝更復雜，成本更高。
我國對石墨烯的研究起步較晚，但研究跟進很快。截至2012年底，石墨烯相關研究論文被SCI收錄數量已達5072篇，超過美國，居世界第壹。
“但是我們有兩個缺點。首先，研究群體雖然龐大，成果也不少，但優秀的、原創性的成果很少。我們采用別人成熟的方法始終處於落後的地位，重大創新非常有限，應該在材料的制備方法上尋求突破。另外主要集中在基礎研究上，產業應用比較薄弱。”中國科學院院士高鴻鈞說，歐洲、美國、韓國等國家的企業參與較早，其成果的應用和轉化也走在世界前列。
清華大學康飛宇教授石墨烯研究團隊的朱宏偉認為，目前石墨烯已經具備大規模生產的能力，但在發展過程中還存在壹些問題。中國現有的技術水平可以支撐其工業化，但還沒有達到最佳水平，未來需要大的突破。然而，石墨烯的制備技術與理想狀態仍有差距。此外，他希望國家能給石墨烯研究機構和企業更多的政策支持。
東南大學教授、博士生導師倪振華就加快石墨烯研究和產業化提出五點建議:壹是從政府層面引導石墨烯研究的正確方向；第二，通過政策支持加快工業化進程；三是盡快建立行業標準，爭取話語權；第四，加強行業間的交流與合作，促進石墨烯的廣泛應用；五是建立相關產業技術聯盟，加強行業內的協調合作。
近年來，石墨烯的興起也引起了中國政府的關註。去年，工信部發布了《新材料產業“十二五”發展規劃》，將石墨烯列為前沿新材料。此外，在國家科技重大專項和國家973計劃中部署了壹批重大項目。
在2013石墨烯產業發展趨勢與投資論壇上，工信部原材料司副司長高表示，石墨烯屬於納米材料範疇。在編制新材料產業“十二五”發展規劃的時候，石墨烯還沒有現在這麽普及，產業應用前景並不明朗。所以在規劃文本和產品目錄中並沒有把石墨烯作為主要關註點，但是隨著技術和應用的突破，下壹步會研究和考慮。
13年7月，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟在北京成立。聯盟的成立將有助於整合和協調產業資源，建立產學研上下遊信息和知識產權的資源共享機制，進壹步提升石墨烯產業鏈整體創新水平和低成本石墨烯的競爭力，促進我國石墨烯產業健康發展。