瑞典當地時間10月5日，2010年諾貝爾物理學獎揭曉，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在制備二維空間材料石墨烯方面的突破性實驗獲得殊榮。至此，距離實驗成功僅僅6年的石墨烯以不同以往的形式向世界展示了其獨特所在。
2004年，海姆和諾沃肖洛夫首次發現石墨烯并將研究成果發表在美國《科學》雜志上。在實驗中，海姆和諾沃肖洛夫利用透明膠帶把石墨表層粘掉，用透明膠帶粘住薄片的兩側，并不斷地粘起、撕開，就可以得到更薄的石墨薄膜，直到最后出現單分子層。這種方法被叫作透明膠帶技術。
石墨烯是單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，只有一個原子厚度，可以說是嚴格意義上的二維材料。這種“超薄的碳膜”厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發絲那么厚。石墨烯也是至今發現的強度最高的材料。強度高是因為它雖然薄到極致卻非常致密，即使原子尺寸最小的氦也無法穿透它。它的結構非常穩定。迄今為止，研究者仍未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩定。這種穩定的晶格結構使碳原子具有優秀的導電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。
1 石墨烯的特性
石墨烯這種材料很獨特，因其厚度只有單個原子，因此是嚴格意義上的二維材料。不同于普通的三維材料，因為受到維度上的控制，石墨烯會顯示出限制效應，尤其是量子的限制效應，這就導致很多新的物理現象的出現。
① 超強導電性
石墨烯最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準確地，應稱為“載荷子”的性質和相對論中的中微子非常相似。電子遇到勢壘時能發生量子遂穿效應，量子電動力學預言電子波能100％地出現在勢壘另一側。
② 超強硬度
石墨烯的硬度比鉆石還要硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要強100倍，是目前最薄最硬的材料。
③ 良好導熱性
另外，石墨烯還有一定的不透光性，可以吸收大約2.3％的可見光。
2 潛在應用
諾貝爾獎評審委員會認為，石墨烯可以應用于晶體管、觸摸屏、基因測序等領域，同時有望幫助物理學家在量子物理學研究領域取得新突破。
石墨烯具有優異的電學、熱學和力學性能，可望在高性能納米電子器件、復合材料、場發射材料、氣體傳感器及能量存儲等領域獲得廣泛應用。在信息領域，石墨烯被認為可以作為替代傳統半導體材料的新材料，科學家們也已經著手研究。目前，一些原型器件已經做出來，但以后是否能大規模集成，還需要科學家去努力。
石墨烯在信息領域的另一個應用是成為信息載體。因為石墨烯是具有自旋量子效應的特殊材料，與高溫超導體、磁性材料相比，更容易獲得和使用。石墨烯中有很多較為獨特的量子效應，比如量子霍爾效應在其他材料體系中要得到，需要非常苛刻和極端的環境條件，而石墨烯在普通環境下就可以有量子霍爾效應，是很完美的一種材料。
在能源領域，石墨烯還可以用作電極材料。石墨烯是理論上最薄的材料，可用作透明導電膜的制造。
石墨烯材料光的透過率在可見波段大于97%，導電性能也非常好。這樣一來，石墨烯就可以與稀有且昂貴的氧化銦錫(ITO)相競爭，而氧化銦錫普遍用于有機LED(OLED)顯示器透明電極中。美國斯坦福大學研究人員曾表示，石墨烯可以提供成本更低、更薄、速度更快的替代方案，與ITO相比，石墨烯的電子遷移率較高，能把電極做得更薄、更透明，導電性也更好。這些優勢大大有利于超薄柔性OLED顯示器的開發。 據了解，韓國三星公司的研究人員已經制造出由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的透明柔性可彎曲顯示屏。
石墨烯用作透明導電膜的各項參數已經達到標準，是很有前途的產業方向。不過，石墨烯用在高頻器件上的研究還很少，據了解，美國軍方已經投資幾十億美元在石墨烯高頻器件研制上。
此外，石墨烯用來做傳感器也是很重要的一個產業方向。用石墨烯來做傳感器，不同于一般材料，石墨烯的原子都在表層上，信號的靈敏度可以提高幾個數量級。并且由于碳原子的鍵長是自然界最短的鍵長，因此結構非常穩定。石墨烯是做化學、生物傳感器非常好的材料。
