石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体(形式)。它是碳的许多其他异形体的基本结构元素，如石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯。它可以被认为是一个不确定的大芳香族分子，是一种多环芳烃族的终极例子。

石墨烯有许多不同寻常的性质。它是经过测试的最坚固的材料，能有效地传导热量和电，而且几乎是透明的。石墨烯显示了一种大而非线性的反磁性，比石墨的大，可以被钕磁铁悬浮。

科学家们对石墨烯进行了多年的理论研究。几个世纪以来，通过使用铅笔和其他类似的石墨应用，它无意中产生了少量的物质。它最初是在年的电子显微镜中观察到的，但在金属表面的支持下才被研究。这些材料后来被重新发现、分离，并在年由曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫完成。通过对其组成、结构和性质的现有理论描述，了解了研究情况。这项工作导致了年两次获得诺贝尔物理学奖“关于二维材料石墨烯的开创性实验”。

“石墨烯”是“石墨”和后缀-ene的组合，由Hanns-PeterBoehm命名，在年描述了单层碳箔。

“cafeen”一词最早出现于年，用来描述石墨作为石墨夹层化合物(GICs)的组成部分;从概念上讲，GIC是一种晶间和石墨烯的结晶盐。该术语还被用于碳纳米管的早期描述，以及外延石墨烯和多环芳烃(PAH)。石墨烯可以被认为是一种“无限交替”(只有6个碳环)多环芳烃。国际纯粹与应用化学联合会指出:“以前，石墨层、碳层或碳片等描述都被用于石墨烯这一术语……”对于一个单层的术语来说，它是不正确的，它包含了术语石墨，它意味着一个三维的结构。在讨论单个层的反应、结构关系或其他性质时，只应使用石墨烯。

Geim定义了“孤立的或独立的石墨烯”，因为“石墨烯是石墨的单一原子平面，这是必不可少的——从它的环境中充分分离出来，被认为是独立的。”这一定义比IUPAC定义要窄，它指的是cloven，传输和悬浮石墨烯。其他形式如石墨烯在各种金属上生长，如悬浮或将转移到二氧化硅(SiO)，则可以成为自由站立。

石墨烯的理论最早是在年被华莱士发现的，作为理解三维石墨的电子特性的起点。由Semenoff、cenzo和Mele首次提出了无质量的无质量Dirac方程。年Ruess和Vogt发表了最早的few-layer石墨的TEM图像。早在年，Boehm报告生成了氧化石墨烯薄片的单层石墨烯薄片时，一项关于石墨层的早期的详细研究就开始了。

年开始，通过机械去角质来制作石墨薄膜的努力，但在年之前，没有比50-层更薄的薄膜。最初尝试制作原子薄的石墨薄膜，使用了类似于绘图方法的去角质技术。得到厚度为10nm的多层样品。

有关石墨烯生产的首批专利之一于年10月提交，并于年获得批准。两年后，年，Geim和Novoselov从大块石墨上提取了单原子厚的晶体[7]，并将其转移到薄二氧化硅上(SiO)。

在矽晶圆片上，电隔离石墨烯。这种解理技术直接导致了石墨烯的反常量子霍尔效应的首次观测，提供了石墨烯理论上预测的无质量狄拉克费米子的理论预测的直接证据。这一结果由Geim的小组以及Kim和Zhang报告，他们的论文于年发表在《自然》杂志上。Geim和Novoselov因他们对石墨烯的开创性研究获得了奖项，特别是年的诺贝尔物理学奖。

年,欧盟委员会资助的大型研究项目总预算的石墨烯旗舰10亿,涉及个合作伙伴组织。

一旦商业规模的生产被证明，石墨烯的商业化就会迅速进行。到年，在第一个实验室石墨烯电子装置问世13年之后，一个集成的石墨烯电子芯片在商业上被生产，并在圣地亚哥的纳米医学诊断中向制药研究人员推广。

石墨烯是一种透明且柔韧的导体，它为各种材料/器件应用，包括太阳能电池，发光二极管(LED)，触摸板和智能窗户或手机提供了保证。例如，一家中国公司生产的基于石墨烯的触摸板模块(2DCarbonGrapheneMaterialCo.，Ltd.)已批量出售给手机、可穿戴设备和家电制造商。

石墨烯的其他早期商业用途包括填料，如石墨烯注入的打印机粉末。

石墨烯超级电容器作为传统电解电池的替代能源。具有快速充电、寿命长、环保生产等优点。从年左右开始，由骨架技术生产的石墨烯超级电容器已经商业化，并首次被用于一些特殊的应用，而不是传统的电池。到年，商用石墨烯超级电容器组可用于工业电力应用，其最大输出功率为0千瓦。年，Adgero宣布了一种用于大型卡车的再生制动系统(KERS)，该系统采用了基于石墨烯的超级电容器。年，HenrikFisker宣布开发一款电动汽车，它将使用石墨烯超级电容器代替锂离子电池。

与锂离子电池相比，它的低能量密度正在得到解决。计划中的电动汽车的目标是最低英里(公里)。后来宣布，菲斯克公司生产的电动汽车仍将使用锂离子电池，但石墨烯超级电容器的研究将继续由纳米技术公司提供。

据说，BAC的Mono模型是由石墨烯制成的，它是一款街头合法的轨道车和一辆生产汽车。SpaniaGTA是第一家使用石墨烯制造的结构件的公司，该公司于年推出了一款带有石墨烯的Spano超级跑车。纳米医学诊断的生物传感器芯片是基于石墨烯晶体管。

除了电子应用，石墨烯还被报道用于改善光子晶体的颜色，这表明在光学器件中应用的潜力。

到年，石墨烯全球市场的销售额达到了万美元，其中半导体、电子、电池、储能或转换、和复合材料行业的销售额都达到了顶峰。

石墨烯的毒性被广泛讨论。综述了石墨烯的毒性，综述了其在体内、体内、抗菌和环境等方面的作用，并重点介绍了石墨烯毒性的各种机制。石墨烯纳米管可以重现石棉的作用。石墨烯的毒性取决于其形状、大小、纯度、后期处理步骤、氧化态、官能团、分散状态、合成方法、路线、剂量和暴露时间。

石墨烯带的制作都、石墨烯nanoplatelets和石墨烯nano-onions无毒浓度高达50g/毫升。这些纳米颗粒不会改变人类骨髓干细胞向成骨细胞(骨)或脂肪细胞(脂肪)的分化，表明低剂量石墨烯纳米颗粒对生物医学应用是安全的。10m一些层次化的石墨烯薄片能够穿透细胞膜的解决方案。他们被观察到最初通过尖锐和锯齿状的点进入，允许石墨烯进入细胞。这方面的生理影响仍不确定，这仍然是一个相对未被探索的领域。