2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈?K?海姆（Andre K.Geim）等制備出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中發(fā)現(xiàn)了一種簡單易行的新途徑。他們強(qiáng)行將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用一種特殊的塑料膠帶粘住薄片的兩側(cè)，撕開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成，被命名為石墨烯。

　　石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維（2D）周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，它可以翹曲成零維（0D）的富勒烯（fullerene），卷成一維（1D）的碳納米管（carbon nano-tube，CNT）或者堆垛成三維（3D）的石墨（graphite），因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，目前最理想的二維納米材料。。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。二維石墨烯結(jié)構(gòu)可以看是形成所有sp2雜化碳質(zhì)材料的基本組成單元。

　　石墨烯的特性

　　1、電子效應(yīng)

　　石墨烯從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，因?yàn)槠錈o與倫比的高電子遷徙率，使其電性質(zhì)研究的最深。石墨烯的電子遷徙率大小不隨溫度的變化而變化，因?yàn)槭┑木Ц裾饎訉﹄娮由⑸浜苌伲瑤缀醪皇軠囟茸兓挠绊?。不論溫度如何變化，石墨烯的電子遷徙率大約都是 15000cm2/vs。石墨烯的超強(qiáng)導(dǎo)電性與他特殊的量子隧道效應(yīng)有關(guān)。量子隧道效應(yīng)允許相對論的粒子有一定概率穿越能量比自己高的勢壘。而在石墨烯中，量子隧道效應(yīng)被發(fā)揮到極致。所有粒子都發(fā)揮的量子隧道效應(yīng)，通過率達(dá)100%。

　　2、非電子效應(yīng)

　　石墨烯的導(dǎo)熱能力出眾，達(dá)到了5000W/（m?k），是金剛石的5倍。同時，石墨烯是目前世界上已知的最為堅(jiān)固的材料，在石墨烯樣品開始碎裂前，其每1nm的距離上能夠承受的最大壓力達(dá)到2.9微牛。而且石墨烯還同時展現(xiàn)了高韌性和高脆性亮哥互相矛盾的特性。

　　3、化學(xué)性質(zhì)

　　類似石墨表面，石墨烯可以吸附和脫附各種原子和分子。這些吸附物往往作為體或者受體并導(dǎo)致截留子的變化。石墨烯本身仍然是高導(dǎo)電，如氫離子、氫氧根粒子則會導(dǎo)致導(dǎo)電性很差的衍生物，但這些都不是新的化合物，只是石墨烯裝飾不同的吸附物而已。