简述石墨烯（Graphene）是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米，仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。石墨烯的理论比表面积高达2 600m2Pg，具有突出的导热性能（3000W·m- 1·K- 1）和力学性能（1 060GPa），以及室温下较高的电子迁移率（15000cm2·V-1·s-1）。此外，它的特殊结构，使其具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质，因而备受关注。
Graphene（石墨烯）是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚·诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈·盖姆（Andre Geim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。正是这种简单的方法制备出来的简单物质一石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识—任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨火烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。
石墨烯被称为“推动人类第四次工业革命”，“改变世界格局的材料之王”。
石墨烯特点
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析∶在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量铅笔才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的石墨烯。
2、出色的电学性质——电子运输
碳原四个价电子，这样每个碳原子都贡献一个未成键的π电子，这些π电子与平面成垂直的方向可形成轨道，π电子可在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。此外，石墨烯是具有零带隙的能带结构。
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3、导电性
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。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
石墨烯最大的特性是其中电子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。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为"载荷子"（electric charge carrier），的性质和相对论性的中微子非常相似。
墨烯有相当的不透明度∶可以吸收大约2.3%的可属光而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。
4、电子的相互作用
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。
石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。5、其它特点
①石墨烯具有明显的二维电子特性
②在石墨烯中不具有量子干涉磁阻
③石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描述比薛定谔方程更
④好可控参诱性
⑤离子导电体各向异性
⑥超电容性
石墨烯应用
1、氧化石墨烯
Dikin等制成了无支撑氧化石墨烯纸状材料。氧化石墨烯片是以一种接近平行的方式相互连接或瓦片式连接在一起形成的，拉伸试验表明氧化石墨烯纸具有较高的拉伸模量和断裂强度，其平均模量为32 GPa，性能与用类似方法制备的碳纳米管布基纸相当。
2、微电子领域
微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。
曼彻斯特的小组采用标准半导体制造技术制作出晶体管。从一小片石墨烯片层开始，采用电子束曝光在材料上刻出沟道。在被称为中央岛的中部位置保持一个带有微小圆笼的量子点。电压可以改变这些量子点的电导率，这样就可以像标准场效应晶体管那样储存逻辑态。可在26GH频率下运作可望使该种材料超越硅的极限，达的100GHz的速度跨入兆赫（terahertz）领域。
3、降低元器件点噪声
美国IBM公司T·J·沃森研究中心的科学家，最近攻克了在利用石墨构建纳米电路方面最令人困扰的难题，即通过将两层石墨烯片叠加，可以将元器件的电噪声降低10倍，由此可以大幅改善晶体管的性能，这将有助于制造出比硅晶体管速度快、体积小、能耗低的石墨烯晶体管。
4、宇宙学研究平台
精细结构常数是物理学中一个重要的无量纲数，用希腊字母α表示，它与量子电动力学有着紧密的渊源。它将电动力学中的电荷e、量子力学中的普朗克常数h、相对论中的光速c联系起来，定义为a=（e^2））（2E0*h*c）（其中e是电子的电荷，E。是真空介电常数，h是普朗克常数，c是真空中的光速）.而其大小为什么约等于1/137至今尚未得到令人信服的回答。
Geim与Rahul.Nair和Peter.Blake两位博士一道，首次创造出巨大的悬浮石墨烯薄膜。他们发现，尽管只有单层原子厚度，但石墨烯有相当的不透明度，可以吸收大约2.3%的可见光。而相关的理论研究也表明，如果将这一数字除以圆周率，就会得到较习精能的精细结构常数值。
5、其它应用
· pH传感器
· 气体分子传感器
· 储氧材料
· 药物控制释放
· 离子筛
· 作为电极材料
石墨烯展望
对于强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯，实现人类坐电梯进入太空的梦想。
①电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管
②进一步减小器件开关时间，THz超高频率的操作响应特性
③探索单电子器件
④在同一片石墨烯上集成整个电路
⑤其它潜在应用包括∶复合材料;作为电池电极材料以提高电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机、能源领域以及超灵敏传感器等领域发挥巨大作用
⑥可应用于各种器件的特殊性能要被精确的控制
⑦最重要的是石墨烯制备方法的改进，如何大量、低成本制角庸的石墨烯材料应该是未来研究的一个重点。
中国现有成就
截止2020年，目前全世界大约147000石墨烯专利，中国发明石墨烯专利占68%，韩国占9.2%，美国占8.9%，但是当前属于石墨烯的初始阶段，虽然占有优势，但“万米”长跑才刚刚开始，还有面临诸多问题。
石墨烯的出现可能会将摩尔定律延续下去，预计几年之后可能会从“硅”时代跨越到“石墨烯”。