石墨烯百科
石墨烯的介绍
盖姆没有在博士生面前丢脸，并不是因为 他使用了什么更为先进的仪器。恰恰相反， 他用的是最便宜的工具——透明胶带。盖 姆的做法是，用透明胶带粘在石墨的顶层 再撕下来，这样就会有碎片脱落，粘在胶 带上。当然这时碎片仍然是相对很厚的。 盖姆对折胶带，再粘一次，这样就能得到 更薄一些的碎片。然后重复这个过程10到 20次，就用这种方式得到了10层厚的石墨 薄片。
应用前景
• 可做“太空电梯”缆线 • 据科学家称，地球上很容易找到石墨原料，而石 墨烯堪称是人类已知的强度最高的物质，它将拥 有众多令人神往的发展前景。它不仅可以开发制 造出纸片般薄的超轻型飞机材料、可以制造出超 坚韧的防弹衣，甚至还为“太空电梯”缆线的制 造打开了一扇“阿里巴巴”之门。美国研究人员 称，“太空电梯”的最大障碍之一，就是如何制 造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里 并且足够强韧的缆线，美国科学家证实，地球上 强度最高的物质“石墨烯”完全适合用来制造太 空电梯缆线！
胶带制备石墨烯—— 只有想不到的，没有做不到的！
对于创新来说，方法就是新的世界，最重要的不是 知识，而是思路。 ————郎加明《创新的奥秘》
石墨烯特性
结构稳定 韧性好 优秀的导电性 最薄 硬度最高 导热性最好 透光性好
• 制备方法 • 石墨烯的合成方法主要有两种： 机械方法和化学方法。机械方法 包括微机械分离法、取向附生法 和加热SiC的方法 ； 化学方法是 化学还原法与化学解理法。
可能应用在各种新鲜的电子设备上。 石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20 万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝 那么厚。
石墨烯示意图
什么是石墨烯？
石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子 的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子 在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电 子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非 常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有 序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间 作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨 片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳 原子厚度的单层就是石墨烯。
石墨烯
外延制备
外延法是实验室制备石墨烯最常用的方法，也是公认的能最 终实现碳集成电路的唯一途径。在超高真空下将 4H-SiC 或6HSiC加热到1300 ℃以上， SiC晶体表面的 Si原子被蒸发后，使碳 原子发生重构，最后在单晶 Si面上外延生长出石墨烯。
石墨烯实现晶体管关断
大面积的石墨烯是一种零禁带材料，以此作为沟道的晶体管 很难被关断，电流开关比也很小 当石墨烯纳米带的宽度小于10 nm时，呈现出半导体特性， 利用石墨烯纳米带构造的场效应晶体管的电流开关比最高可 接近107，并且产生的禁带宽度E和石墨烯纳米带宽度d呈现 一种反比的关系，它们之间的经验公式为E ≈0．8／d。石墨 烯纳米带禁带的产生是由于量子限域效应和边界效应的原因， 当材料尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子态 由接近 连续的能带 分裂成分离的能级，从而产生非零禁带。
石墨烯的热特性
热特性：电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所以导电产生 的热量也非常少。此外，石墨烯本身就是一个良好的导热体， 可以很快地散发热量。其导热能力是铜的十倍。
石墨烯制备方法
剥离制备
剥离制备主要利用化学气相淀积方法在多晶镍膜上连续生长 多层石墨烯，然后把镍膜作为牺牲层腐蚀掉，将多层石墨烯转 换到Si/SiO2晶片上制作晶体管.
面临的挑战
石墨烯的掺杂工艺同样面临着很大的挑战，原子替换掺杂和 吸附掺杂是目前2种主要的掺杂方法。替换掺杂比较困难并 且容易破坏石墨烯晶格，产生缺陷。吸附掺杂相对容易，但 是不太稳定，这就需要科研人员继续努力来寻找更加简便实 用的掺杂方法，既不对石墨烯自身造成影响，又能稳定存在， 并且比较容易实现。 电流开关比和互补特性只是2个最基本的要求。在满足这2个 基本的条件下，还要分析评价其集成电路的其他指标，例如 亚阈值特性、短沟道效应、集成度以及功耗等。总体而言， 石墨烯 晶体管距离实际应用还有很长的路要走谢谢！ Nhomakorabea
石墨烯简介
石墨烯1 石墨烯的概述石墨烯（Graphene，GE）是世界上最薄，最坚硬的纳米材料，也是其他石墨材料的基本单元，以碳六元环为基本结构组成周期蜂窝状的二维点阵结构，若翘曲便可成为零维的富勒烯，若将石墨烯卷成一维结构便成为碳纳米管(Carbon nano-tube,CB)，若是多层堆积便成为了三维的石墨(Graphite)。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是目前最理想的二维纳米材料。
平面六边形点阵结构是石墨烯最理想的结构，可以认为是单层石墨分子被从三维石墨结构中剥离出来形成的二维分子结构，所有碳原子均为sp2杂化，并且每个碳原子上均多出一个p轨道上的电子形成大π键，这个π电子可以自由移动，因此石墨烯具有良好的导电性。
因此二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本单元。
由于特殊的结构石墨稀因此拥有了很多的优异的性能，首先在电学方面，由于大π键的存在，石墨稀具有优异的导电性能，如超高的载流子迁移率，室温量子霍尔效应，弹道输运等等；而在光学方面，石墨烯具有超高的透光率，其透光率能达到97.7%的惊人数据。
力学性能方面，石墨稀是已知的具有最高强度和硬度的晶体结构，热学方面，石墨烯具有优异的导热性能，其导热是铜的很多倍。
由于这些优异的性能使得石墨稀不但成为科学界一颗明星，而且使得其拥有了极其广阔的应用前景。
石墨烯为六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是由一种碳原子以sp2杂化轨道组成的，我们可以将它看成是其他石墨类材料组成的基本单元，所以石墨烯片在适当的条件下可以进行包裹和卷曲，分别可以形成零维和一维结构，层层堆叠起可以形成的是三维的石墨，零维和一维分别形成球状的富勒烯、管状的碳纳米管(见图1.1)；它们和仅为单一碳原子厚度的二维碳材料作为为重要成员组成了碳纳米材料家族，它们之间通过包裹、卷曲和堆积相互进行转化。
2004年，K.S.Novoselov 等以天然鳞片石墨为原料，制得二维六角形平面原子石墨烯的方法为机械力剥离法。
新型材料——石墨烯
新型材料——石墨烯石墨烯，这是一个既新奇又神秘的名词，它被誉为21世纪最重要的材料之一，因为它能够革命性地改变许多领域，从电子电器到航空航天和能源领域，再到生物医学和环境科学。
石墨烯可以说是目前材料科学领域的一个热门研究方向，也是当前科学技术发展中的一个热点。
那么，什么是石墨烯呢？在化学上，石墨烯是仅由一层厚度的碳原子组成的单层晶体结构，这种晶体结构具有重要的物理、化学和电子学性质，它的厚度只有一纳米级别，比人的头发还要细。
因此，石墨烯被称为二维材料之王，是新型材料的代表之一。
首先，石墨烯的导电性是很好的，它的电子迁移率是传统电子材料的数百倍甚至上千倍，因此它可以广泛应用于电子领域，比如说石墨烯可以用来制作更高速的电子芯片，能够让计算机运行得更快。
同时，由于石墨烯的导电性非常好，所以让它成为了一种非常理想的导电材料，可以在电路板、电极等电子领域大量使用，实现在电气工业领域可重大进展。
其次，石墨烯还具有很好的光学特性和力学性能，它的光吸收强度极高，约为传统光电材料的200倍，这可以被用于制造高感光度的相机或者更高性能的太阳能电池，让太阳能电池的产量和质量得到了大幅提升。
此外，石墨烯具有极高的强度和硬度，比钢的强度高上好几倍，同时还具有柔韧性，可以弯折成不同的形状，它的力学性能使其可以被广泛应用于航空与航天、汽车制造等领域，同时也有助于制造强度更高的新型材料。
另外，石墨烯还具有很好的化学稳定性和生物相容性，这使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。
由于石墨烯的生物相容性良好，可以被用于生物体内药物传递或者作为人造组织等医学用途，同时石墨烯还有助于制作高灵敏度和不太易受到干扰的生物传感器，研究深度的化学和生物传感器能够帮助人们更好的理解和治疗疾病。
石墨烯这种新型材料，具有的优异性能已经引起了整个材料科学的关注，并且在实际应用中也有了很多切实可行的成果，例如石墨烯保温材料、石墨烯制造的过滤膜等等。
但是，它还有很多的瓶颈存在，比如大规模制备技术、制备的稳定性、生产成本等方面的瓶颈，这也是目前仍需要攻克的难点之一。
石墨烯简介
③ 机械特性 石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度 比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物 理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过 程中，他们选取了一些直径在10—20微米的石墨烯微粒 作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一 个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5 微米之间。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在 小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。
石墨烯的结构
• 石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构, 它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D) 的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三维(3D) 的石墨(graphite), 因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本 单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六 元环, 是目前最理想的二维纳米材料.。理想的石墨烯结构 是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子， 每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子 形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导 电性。二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材 料的基本组成单元。
石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍 尔效应。
• 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子 以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排 列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共 价键所形成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的 graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。石墨烯被认为是平面多 环芳香烃原子晶体。 石墨烯的结构非常稳定，碳碳键 （carbon-carbon bond）仅为1.42Å。石墨烯内部的 碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原 子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力， 从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优 秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不 会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作 用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨 烯内部电子受到的干扰也非常小。
石墨烯(00001)
石墨烯石墨烯简介有这样一种材料，它的机械强度是世界上最好钢的100倍，有着最快的电子迁移率，1秒内就可以传完两张蓝光DVD的容量……这就是石墨烯。
石墨烯是从石墨中剥离出的单层碳原子面材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，也可称为“单层石墨”（碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网，为平面多环芳香烃原子晶体），它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。
一、石墨烯发展简史20世纪初，科学家开始接触到石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·杰姆（AndreGeim）和他的学生克斯特亚·诺沃消洛夫（Ko-styaNovoselov）用简单易行的胶带分离法制备出了石墨烯。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二，不断重复这样的操作，于是薄片越来越薄，最后得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。
2010年,他们二人凭借着在石墨烯方面的创新研究获得了诺贝尔物理学奖。
获奖后，一些媒体渲染性地报道：“物理学家用透明胶和铅笔赢得诺贝尔奖。
”二、特性石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质：结构非常稳定，迄今为止研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的连接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品；几乎完全透明，却极为致密、不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法穿透；导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料；化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
三、制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法两种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法，化学法包括化学还原法与化学解理法、化学气相沉积法等。
石墨烯一系列作用与介绍
石墨烯，英文名Graphene，是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的二维晶体，是目前已知世界上强度最高的材料。
2008年4月，英国科学家宣布他们用石墨烯制造出一种只有1个原子厚、10个原子宽的超微型晶体管，从而使石墨烯替代硅材料成为可能。
石墨烯-简介石墨烯石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。
这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
它是2004年由曼彻斯特大学的科斯提亚•诺沃谢夫和安德烈•盖姆小组首先发现的。
石墨烯-制备方法目前有三种方法制备石墨烯，一种是加热SiC的方法，另一种是轻微摩擦法或撕胶带法，第三种是化学分散法。
石墨烯-特性电子运输石墨烯结构示意图在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。
其霍尔电导=2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。
这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。
导电性石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
【半导体物理 精】石墨烯
研究人员创建超薄的石墨烯片，方法是在甲烷气体中的镍板上，由首先沉积的 碳原子形成石墨烯薄膜的形式。然后，他们在石墨烯层之上铺一层热塑性保护层， 并且在酸浴中溶解掉下面的镍。在最后的步骤中，他们把塑料保护的石墨烯附着到 一个非常灵活的聚合物片材，它可以被纳入一个有机太阳能电池（OPV电池,石墨 烯光伏电池）。石墨烯/聚合物片材已被生产，大小范围在150平方厘米，和可以用 来生产灵活的有机太阳能电池 (OPV电池）。这可能最终有可能运行能覆盖广泛的 地区的廉价太阳能电池，就像报纸印刷机的印刷报纸一样
海姆所用的方法，被业界戏称为“透明胶带技术”。由于层间的 作用力非常弱，石墨很容易剥落脱离。将石墨放在透明胶带上，反复 撕拉 10～20下左右，就获得了10层左右的石墨——这正是海姆当初 的实验，他们并没有直接获得石墨烯，但10层左右的石墨就已表现出 了足够特殊的物理性能。
一块石墨,一个石墨烯晶体管和一个胶带。于2010年在斯德哥尔摩市被安德烈·海姆 （Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）捐赠给诺贝尔博
世上最薄却也是最坚硬的纳米材料
它几乎是完全透明的，只吸收2.3%
的光
石
墨 导热系数高达5300 W/m·K，高于
烯 碳纳米管和金刚石
的
特
常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，比纳米碳管或硅晶体
性
（monocrystalline silicon）高
而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或 银更低，为目前世上电阻率最小的 材料
2004年，曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子工艺研究所（Institute for Microelectronics Technology）的两组物理团队共同合作，首先分离出单独石墨烯平面
石墨烯
石墨烯是世上已知的最薄的材料
石墨烯几乎是完全透明的，只吸收 2.3% 的光，只有 0.34 纳米 厚，十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径， 人们用肉眼是看不见它的。
石墨烯是人类已知强度最高的物质
它比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上 100倍，它们 每 100 纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了 2.9 微牛左右。这 意味着，“如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重 的物品”。
石墨烯的蜂窝晶格
石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国的两位 科学家发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石 墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘 在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。 不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅 由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
试剂：石墨粉 浓硫酸 高锰酸钾 水合肼 化钠 仪器：超声仪 离心仪 5%双氧水 盐酸 氢氧
实验步骤：
氧化石墨制备：将 10 g 石墨与 230 mL 98%浓硫酸混合置于冰浴中，搅拌 30 min 使其充分混合。称取 40 g KMnO4 加入上述混合液继续搅拌 1 h 后 移入 40oC温水浴中继续搅拌30 min 用蒸馏水将反应液(控制温度在 100 oC以下)稀 释至 800-1 000mL。后加适量 5% H2O2 趁热过滤，用 5% HCl 和蒸馏水充分 洗涤至接近中性。最后过滤、洗涤在 60oC下烘干得到氧化石墨样品。
石墨
氧化
氧化石墨
超声剥离
氧化石墨 片
还原
石墨烯
氧化还原法
优点：
操作简单 产量高 成本低廉 已实现大规模生产
缺点：
纯度较低 制成的石墨烯片易折叠 带有许多含氧基团
高中物理石墨烯知识点
高中物理石墨烯知识点2004年,Science杂志首次报道了曼彻斯特大学的AndreGeim和KonstantinNovoselov成功分离出稳定的石墨烯,并论述了石墨烯材料的基本性质他们关于石墨烯的研究被授予2010年诺贝尔物理奖,轰动世界,推动了石墨烯材料的研究,促进了石墨烯在物理化学材料生物医学和环境方面的研究。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是当前发现的唯一一种二维自由态原子晶体,是除金刚石以外其他碳晶体的基本结构单元,具有许多极佳的电子及机械性能,是当前使用的材料中最薄强度最大导电和导热性能最好的一种纳米材料。
近年来,科学界对石墨烯的研究逐渐从石墨烯的制备研究转变到对石墨烯的应用研究,并对石墨烯在光电医学计算机晶体管等领域都进行了大量的研究,取得了较好的成果，其主要结构及特性如下。
(一)结构特征石墨烯是一种单原子层的碳二维纳米材料,其点阵结构是由碳六元环组成的二维蜂窝状,是构成其他石墨材料的基本单元,石墨烯主要分为单层石墨烯双层石墨烯少层石墨烯多层或厚层石墨烯4个类别石墨烯中每个碳原子之间都以很强的共价σ键相互结合,且相互成为120°的角度,其C—C键长大约为0.142nm,构成了特有的六角晶格,这种特殊的成键方式和结构使石墨烯成为史上最牢固的材料之一。
（二）导电特性石墨烯原子之间具有极强的相互作用力,在室温条件下,即使碳原子之间发生相互碰撞和挤压,石墨烯中的电子在轨道中移动时也不会发生散射,其电子受到的干扰也非常小,其电子迁移率可达到2x10^5cm^2/V·s，约为硅中电子迁移率的140倍,砷化镓的20倍,温度稳定性也较高,电导率可达10^8Ω/m,电阻约为31Ω/sq,比铜或银更低,是室温下导电最好的材料因此,石墨烯具有较好的导电性能。
（三）导热特性石墨烯的导热效应在高温时由光子传导,在低温时由其中的弹道传输所决定其热导率室温下是5000W·m^-1·K^-1,是硅的36倍,砷化镓的20倍,是铜在室温下的十倍多，因此,石墨烯的导热性是目前已知材料中最高的,这使石墨烯在许多微热电器件等领域有非常广阔的应用前景。
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石墨烯百科石墨烯石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。
简介石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。
是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料[1]。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在[1]，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖[2]。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料[3] ，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"[4]；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料[1]。
因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。
石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。
石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。
石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。
石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。
这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。
石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。
完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。
12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。
石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。
在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路.石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。
它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。
石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。
石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。
当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
[2]发展简史。
第一：石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料。
石墨烯的应用范围广阔。
根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。
根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。
石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。
另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。
不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。
在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。
由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
[3]sp2杂化碳质材料的基本组成单元石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构, 它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是目前最理想的二维纳米材料.。
理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。
二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。
区别单层石墨烯及其派生物在近20年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。
自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。
其中石墨以其特殊的片层结构一直以来是研究的一个热点。
石墨本体并非是真正意义的二维材料，单层石墨碳原子层(Graphene)才是准二维结构的碳材料。
石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而成，而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。
当石墨烯的晶格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排列得到的。
电子运输在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
这些可能归结于石墨烯在纳米级别上的微观扭曲。
石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。
其霍尔电导=2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍，且可以在室温下观测到。
这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。
导电导热特性石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。
石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。
石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。
由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。
而这也是石墨烯中载荷子相对论性的体现。
加州大学河滨分校（UCRiverside）的Alexlander Balandin教授及其研究小组成员应用拉曼光谱偏移测量手段，测得悬空的单层石墨烯在室温下可拥有4840 W/mK 的高热导率。
石墨烯的高热导率特性也进一步支持石墨烯作为新电子器件材料的应用前景。
[4]机械特性石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。
在试验过程中，他们选取了一些直径在10—20微米的石墨烯微粒作为研究对象。
研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。
之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。
研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1微米长的石墨烯断裂。
如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。
换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
电子的相互作用利用世界上最强大的人造辐射源，美国加州大学、哥伦比亚大学和劳伦斯·伯克利国家实验室的物理学家发现了石墨烯特性新秘密：石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格间均存在着强烈的相互作用。
科学家借助了美国劳伦斯伯克利国家实验室的“先进光源（ALS）”电子同步加速器。
这个加速器产生的光辐射亮度相当于医学上X射线强度的1亿倍。
科学家利用这一强光源观测发现，石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相互作用强烈，而且电子和电子之间也有很强的相互作用。
化学性质我们至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。
从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。
石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。
这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。
记忆效应质谱测定中的记忆效应表现为一次涂样测定的结果受到残存在离子源内测定过的同种样品的影响，当前后样品的待测同位素丰度相差越大时，记忆效应带来的影响也越大。
在热电离质谱测定中，记忆效应主要由石墨烯表面吸附和样品沉积两种因素引起。