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石墨烯（Graphene）的命名來自英文的graphite(石墨)+-ene(烯類結尾)。它一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在。
2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·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，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。
石墨烯是世界上薄的也是堅硬的納米材料,它幾乎是*透明的,只有2.3%光吸收;導熱系數高達5300 W /(m K),高于碳納米管和鉆石,室溫下的電子遷移率超過15 000 cm2 / s。(V),和更高的比碳納米管和硅晶體,和電阻率僅為10 - 6Ω·厘米,低于銅或銀,世界上小的電阻率材料。
由于其低電阻率,電子可以運行非常快,所以要將被用于開發更薄、導電速度的新一代電子元件或晶體管。
由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板，甚至是太陽能電池。
石墨烯是由碳六元環的循環二維(2 d)蜂窩狀晶格結構,它可以變形為(0 d)零維富勒烯(富勒烯),卷成一維(1 d)碳納米管(CNT carbonnano——管)或三維(3 d)涌入石墨(石墨),因此石墨烯是構成其他石墨材料的基本單元。
石墨烯的基本結構單元六元有機材料的穩定的苯環,是目前理想的二維納米材料. .
理想的石墨烯是一種平面六角晶格結構,可以被視為一個層,剝奪了石墨,每個碳原子sp2雜化,和剩余的p軌道電子的貢獻形成大ππ電子可以自由移動,使石墨烯良好的導電性。
可以看到所有sp2雜化組件形成二維石墨烯結構單元的碳質材料。