石墨烯(石墨烯)是從石墨材料上剝離下來(lái)的二維晶體，由碳原子組成，只有一層原子厚度。石墨烯狹義上是指單層石墨，厚度為0.335nm，只有一層碳原子。但實(shí)際上，10層以下的石墨結(jié)構(gòu)也可以稱為石墨烯，10層以上的稱為石墨薄膜。單層石墨烯是指只有一個(gè)碳原子層厚度的石墨。碳原子通過(guò)共價(jià)鍵連接形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。完美的石墨烯具有理想的二維晶體結(jié)構(gòu)，由六方晶格組成。

       石墨烯由于其特殊的結(jié)構(gòu)和許多優(yōu)異的性質(zhì)，引起了科學(xué)界的極大興趣，成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

     (1)機(jī)械性能。石墨烯是世界上已知最薄的材料(0.34nm)，也是迄今為止確認(rèn)的最強(qiáng)材料。其強(qiáng)度可達(dá)130GPa，約為世界上最好的鋼材的100倍，楊氏模量為1.054-1.060TPa，彈性極佳，可拉伸至自身尺寸的120%如果用石墨烯做成包裝袋，雖然重量極輕，但也就能承受2噸左右的貨物。石墨烯的硬度高于莫氏硬度為10的金剛石，但韌性(柔韌性)較好。迄今為止，很少有材料同時(shí)具備這兩種特性。(2)電磁性能。石墨烯中電子傳輸?shù)淖枇苄。趤單⒚拙嚯x移動(dòng)時(shí)沒有散射。具有良好的電子傳輸特性，其中電子運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)的速度。最新研究表明石墨烯具有很高的載流子遷移率(15000 cm2v-1s-1)，是商用硅片的10倍，也是目前已知遷移率最高的銻化銦材料的兩倍。所以預(yù)言石墨烯將成為硅的替代品，從而改變?nèi)祟惖纳睢４送猓┚哂惺覝亓孔踊魻栃?yīng)、室溫鐵磁性等特殊性質(zhì)。(3)熱性質(zhì)。石墨烯具有非常強(qiáng)的熱導(dǎo)率，單層石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)5000 W/m·K，是純金剛石的3倍，是金屬銅常溫下的12倍。(4) 石墨烯還具有優(yōu)異的透光性能，光子透過(guò)率高出97.4%，其理論比表面積高達(dá)2630 m2·g-1。石墨烯的快速導(dǎo)熱散熱特性使其成為傳統(tǒng)石墨散熱膜的理想替代材料，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、大功率節(jié)能LED照明、超薄液晶電視等。石墨烯除了熱導(dǎo)率高之外，還具有其他優(yōu)異的物理化學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用于下游。例如，它具有高導(dǎo)電性，可用于集成電路、導(dǎo)電劑、傳感器和鋰電池等領(lǐng)域。高功率比，可用作超級(jí)電容器和儲(chǔ)能元件；柔韌性強(qiáng)，彎曲不影響性能，可作為曲面屏和可穿戴設(shè)備的柔性材料；具有高透光率，可用于透明導(dǎo)電膜。石墨烯產(chǎn)品形態(tài)包括薄膜和粉末，石墨烯粉末的應(yīng)用領(lǐng)域包括:(1)鋰電池正負(fù)極材料導(dǎo)電添加劑，可提高充放電速度和循環(huán)性能；

    (2)超級(jí)電容器的電極材料具有很強(qiáng)的儲(chǔ)能活性和優(yōu)異的循環(huán)性能；(3)特性涂料，作為添加劑摻入防腐涂料、散熱涂料和導(dǎo)電涂料中，改善涂料性能；(4)高效催化劑，應(yīng)用于能源和化工領(lǐng)域。石墨烯 film的應(yīng)用領(lǐng)域包括:(1)導(dǎo)熱薄膜，用作智能手機(jī)、平板電腦的散熱層；(2)柔性顯示，應(yīng)用于柔性顯示屏、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域；

    (3)傳感器材料，用于可穿戴設(shè)備、醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域；

    (4)集成電路基礎(chǔ)材料，用于超級(jí)計(jì)算機(jī)、高頻芯片和精密電子元件等領(lǐng)域。石墨烯的相關(guān)研究在1994年開始出現(xiàn)。2004年，英國(guó)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功分離出石墨烯并獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近年來(lái)石墨烯的研究持續(xù)火熱，專利數(shù)量不斷增加，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也在推進(jìn)。石墨烯的上游包括石墨等資源、設(shè)備和系統(tǒng)，下游應(yīng)用領(lǐng)域包括導(dǎo)熱、導(dǎo)電、柔性顯示屏、油墨涂層等。中游有兩種產(chǎn)品形態(tài):石墨烯粉和石墨烯膜。石墨烯編制方法可分為“自上而下”和“自下而上”兩種方法。“自上而下”法是用剝離法從石墨制備石墨烯層，如機(jī)械剝離、氧化還原法、液相剝離等。“自下而上”的方法是通過(guò)重新排列碳原子來(lái)合成石墨烯，如化學(xué)氣相沉積、外延生長(zhǎng)、有機(jī)合成等。目前石墨烯的主流制備方法有氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法、液相剝離法和外延生長(zhǎng)法。不同制備方法得到的石墨烯質(zhì)量和成本差異較大，相應(yīng)產(chǎn)品的適用領(lǐng)域也不同。在石墨烯的上述四種制備方法中，氧化還原法和化學(xué)氣相沉積法是最常用的。

     此外，少數(shù)企業(yè)正在探索應(yīng)用SiC外延生長(zhǎng)法或液相剝離法進(jìn)行石墨烯量產(chǎn)。中國(guó)石墨資源豐富，基礎(chǔ)儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的24%。2016年石墨基礎(chǔ)儲(chǔ)量達(dá)7321.51萬(wàn)噸，其中結(jié)晶石墨探明儲(chǔ)量達(dá)3億噸。中國(guó)的石墨產(chǎn)量也處于世界前列。2017年，中國(guó)石墨產(chǎn)量已達(dá)78萬(wàn)噸。隨著石墨烯的研究進(jìn)展，很多石墨烯相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)開始準(zhǔn)備商業(yè)化，石墨烯行業(yè)可能進(jìn)入快速發(fā)展階段，市場(chǎng)也在逐步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)2021年石墨烯在中國(guó)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1026億元。