石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈・盖姆和康斯坦丁・诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，并证实它可以单独存在。随着2010年诺贝尔物理奖颁给英国曼彻斯特大学51岁的俄裔荷籍教授安德烈.海姆和曾是他的博士生36岁的俄裔英、俄双重国籍的教授康斯坦丁.诺沃肖洛夫之后，“石墨烯”这一专业名词突然进入人们的眼帘，并广为人知，但石墨烯是什么，它存在于何处，用什么办法可以制得，它又有什么实用价值，知道的人可能并不多。

就在我们身边，铅笔痕中就有

    其实，石墨烯就在我们身边。铅笔痕中就有，当你用铅笔在纸上书写时，铅笔痕中就很可能有数十甚至上百层的石墨烯，大家都知道铅笔是有石墨加粘土制成的。石墨含量越多，字迹就越黑，6B铅笔芯是由80%石墨加20%粘土制成，字迹越黑表示字迹中石墨烯的层数也就更多。早在1564年德国就已经开始用石墨工业规模制造铅笔，但是直到1779年人们才知道石墨是碳元素的一种物质形式，并用希腊词意为“写”的“graphite”为其命名。石墨是一层层的按六角形排列的碳原子网面，因层间分子间的相互作用力而平行堆叠，其中的每一张网平面就是石墨烯。如同一张铁丝网，如图1所示。

石墨烯的结构

图1 石墨烯的结构

    石墨烯层与相邻层之间的距离仅为0.335纳米(每一纳米为1毫米的百万分之一)。由于层间仅靠较弱的分子间相互吸引，因此只要在书写时稍加用力，铅笔芯内石墨中的石墨烯就会粘附在纸上，由于许多层的强烈的吸光能力而呈现黑色，形成字迹。

为何叫“石墨烯”，其尺度有多大？

    在有机化学中碳原子间有碳双键的烯烃类化合物，如，乙烯(ethylene)、丁烯(butene)、苯(benzene)，命名时均以ene结尾，石墨烯是石墨中的一个单层，该单层又全部由碳原子经原子间的双键和单键联成的六角苯环状的网平面构成，因此被命名为graphene,当然其中文译名也就相应地成了“石墨烯”。

    石墨烯是碳原子之间，如同手拉手一样，相互成键形成的一种碳分子，随加入碳原子数量的增多，网平面就能不断扩大，其分子也就随之变大。因此其尺度也就可大可小。单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即只有0.335纳米，这一厚度约为头发的20万分之一，这样1毫米厚度的石墨中就将近有150万层左右的石墨烯。其实，任何物质都有长、宽、厚度，可以说都是三维的，但习惯上当某一方向为纳米级时，便认为可将其忽略。那么。究竟多少层才可算做是二维石墨烯材料？由于石墨烯的电子结构等性能随层数增加急剧改变，因此目前较为一致的意见是单层、双层、多层(3-10层)三种都可算是二维石墨烯材料,而超过10层的就被认为是石墨薄膜。

石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间的关系

图2 石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间的关系

    如图2所示，石墨烯作为基本结构单元，不但能堆叠成立体的三维石墨，还可以单层或多层包卷起来，形成以长、宽、厚都极小的零维足球烯(碳60)为代表的各种富勒烯，也可单张卷成只有长度的一维碳纳米管，由同一元素碳可形成具有不同性质和形态的各种同素异性体。

完美原子晶体，奇特物理性能

    虽然石墨烯早就为专业人士所知晓，但物理学家一直认为随物质厚度的降低，它变成蒸汽的温度也会急剧减小，当减小到单分子层时就会变得极不稳定，从而断定只有单原子厚度的石墨烯不可能单独存在。然而，2004年，海姆和诺沃洛夫第一次将目前世界上最薄的物质石墨烯分离出来，并成功地进行了一系列物理性质的测定，正如诺贝尔物理奖评审委员会指出，由于对这一“完美原....