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　　發(fā)現(xiàn)：2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。

　　石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。 

　　石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp²雜化軌道成鍵，并有如下的特點(diǎn)：碳原子有4個(gè)價(jià)電子，其中3個(gè)電子生成sp²鍵，即每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)一個(gè)位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿(mǎn)狀態(tài)。研究證實(shí)，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3，每?jī)蓚€(gè)相鄰碳原子間的鍵長(zhǎng)為1.42×10-10米，鍵與鍵之間的夾角為120°。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外，每個(gè)碳原子的垂直于層平面的pz軌道可以形成貫穿全層的多原子的大π鍵（與苯環(huán)類(lèi)似），因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。 

　　石墨烯材料定義

　　石墨烯聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)《石墨烯材料的術(shù)語(yǔ)、定義及代號(hào)》（T ／CGIA001-2017）定義了“石墨烯材料”的概念為：由石墨烯單獨(dú)或堆垛而成的、層數(shù)不超過(guò)10 層的碳納米材料。

　　制備方法

　　機(jī)械剝離法、氧化還原法、取向附生法、碳化硅外延法、赫默法、化學(xué)氣相沉積法（CVD）。

　　性能

　　優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)和光學(xué)特性：?jiǎn)螌邮┚哂芯薮蟮谋缺砻娣e（2 630 m²／g）；高電子遷移率（~2×105 cm² ／ （V·s））；高熱導(dǎo)率（5 000 W／（m·K））；超高機(jī)械強(qiáng)度 （楊氏模量1.1TPa）；高透光率（~97.7%）；良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

　　力學(xué)特性

　　石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強(qiáng)度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經(jīng)氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會(huì)異常堅(jiān)固強(qiáng)韌。

　　電子效應(yīng)

　　石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/（V·s），這一數(shù)值超過(guò)了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達(dá)250000cm²/（V·s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm²/（V·s）左右。

　　熱性能

　　石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能。純的無(wú)缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/mK，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/mK）和多壁碳納米管（3000W/mK）。當(dāng)它作為載體時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)600W/mK。此外，石墨烯的彈道熱導(dǎo)率可以使單位圓周和長(zhǎng)度的碳納米管的彈道熱導(dǎo)率的下限下移。

　　應(yīng)用

　　傳感器、晶體管、柔性顯示屏、新能源電池、海水淡化、儲(chǔ)氫材料、航空航天、感光元件、復(fù)合材料。