石墨烯（Graphene）是一种碳原子单层平面晶体新材料，它独特的碳单层结构一度被 认为无法稳定存在。2004 年两位英国物理学家成功从石墨中分离得到石墨烯，并因此荣获 2010 年诺贝尔物理学奖。到目前为止，已经发现的碳元素的同素异形体涵盖了从零维到三维的所有维度；零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯、三维的石墨和金刚石，科学家从石墨烯成功制备出富勒烯、碳纳米管等其他碳素材料，因此石墨烯也被称为各种石墨形体之母。

理论上石墨烯指的是单层结构的石墨烯。然而产业化阶段实际制备的石墨烯并非严格的单层，其可分为单层、双层和少层石墨烯。石墨烯微片是指碳层数多于10层、厚度在 5-100 纳米范围内的超薄的石墨烯层状堆积体，性质接近薄层体石墨。石墨烯产品最终的形态有溶液、粉体、薄膜，层数低的产品一般都是溶液形式。

单层石墨烯是一层碳原子排列起来的，20万层叠起来才是一根头发丝的直径。经研究发现，当石墨层的层数少于10层时，就会表现出较普通三维石墨不同的电子结构，所以我们将10层以下的石墨材料统称为石墨烯材料。而不同层数的石墨烯又会表现出不同的导电性、导热性、力学特性及光学特性，所以并不是说单层的石墨烯就是最好的材料，而应该根据实际应用来选择合适的石墨烯材料。

石墨烯的出现，有望在构造材料、电子器件功能性材料等诸多领域引发材料革命。石墨烯的结构非常稳定，因其独特的结构具有良好的力学、电学、光学和热学性能，透光率高达97.7%。相比于现有材料，石墨烯更是拥有众多“史上最强”性能。

目前制备石墨烯的方法主要有四种：微机械剥离法、气相沉积法、外延生长法、氧化石墨还原法。到目前为止，还没有形成一种成熟的方法大规模地生产质量较高的工业级石墨烯。右图列出四种基本制备方法的对比。各种制备方法各有优劣。从产业化的角度来看，目前适合大规模量产的生产方法仅有气相沉积法和氧化石墨还原法。

石墨烯在很多领域都有十分广阔的发展空间，但大部分石墨烯的应用在中短期仍处在科学研究的状态。由于其独特的物理化学性质，石墨烯有望在半导体、光伏、锂电池、航天、军工、显示器、功能涂料等传统行业和新兴行业带来革命性进步，一旦量产将成为下一个万亿级产业。