石墨烯（Graphene）是只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨(dú)存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

　　石墨烯之最：

　　石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料；幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；目前世上電阻率最小的材料：因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管；由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

　　潛在應(yīng)用

　　單分子氣體偵測

　　石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使它在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。巨大的表面積使它對周圍的環(huán)境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。

　　當(dāng)一個氣體分子被吸附于石墨烯表面時，吸附位置會發(fā)生電阻的局域變化。石墨烯具有高電導(dǎo)率和低噪聲的優(yōu)良品質(zhì)，能夠偵測這微小的電阻變化。

　　石墨烯納米帶

　　為了要賦予單層石墨烯某種電性，會按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯納米帶（Graphene nanoribbon）。石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)具有高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率、低噪聲，這些優(yōu)良品質(zhì)促使石墨烯納米帶成為集成電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。

　　集成電路

　　石墨烯具備作為優(yōu)秀的集成電路電子器件的理想性質(zhì)。問題是單層的石墨烯制造困難，更難作出適當(dāng)?shù)幕濉?/p>

　　透明導(dǎo)電電極

　　石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良。由于氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區(qū)域。

　　導(dǎo)熱材料/熱界面材料

　　2011年，美國佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）學(xué)者首先報道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結(jié)構(gòu)在熱界面材料中的應(yīng)用及其超高等效熱導(dǎo)率和超低界面熱阻。

　　超級電容器

　　由于石墨烯具有特高的表面面積對質(zhì)量比例，石墨烯可以用于超級電容器的導(dǎo)電電極?？茖W(xué)家認(rèn)為這種超級電容器的儲存能量密度會大于現(xiàn)有的電容器。

　　海水淡化

　　研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術(shù)。

　　太陽能電池

　　南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院的實驗室報告高度透明的石墨烯薄膜的化學(xué)氣相沉積法在2008年的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　石墨烯生物器件

　　由于石墨烯的可修改化學(xué)功能、大接觸面積、原子尺吋厚度、分子閘極結(jié)構(gòu)等等特色，應(yīng)用于細(xì)菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優(yōu)良的選擇。

　　抗菌物質(zhì)

　　中國科學(xué)院上海分院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細(xì)胞。假若石墨烯氧化物對其他細(xì)菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應(yīng)用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。

　　石墨烯感光元件

　　一群來自新加坡專精于石墨烯材質(zhì)研究的科學(xué)家們，現(xiàn)在研發(fā)出將石墨烯應(yīng)用于相機(jī)感光元件的最新技術(shù)，可望徹底顛覆未來的數(shù)位感光元件技術(shù)發(fā)展。