石墨烯是什么，拿出一支铅笔，在纸上轻轻划一下，上面就可能有石墨烯了，只是量很少。关于石墨烯的研究最早始于20世纪70年代,Clar等人利用化学方法合成一系列具有大共轭体系的化合物,即石墨烯片，但制出来的石墨烯很小，只是用来研究性能。此后，Schmidt等科学家在Clar的基础上进行了一些研究，但当时普遍认为大面积的单层结构不能稳定存在，因此关于石墨烯的研究基本停滞。30年后，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两人又再次开始了对石墨烯的研究，并且成功的制出了单层石墨烯，他们也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。而后石墨烯就在全球范围内掀起了一场浪潮。近几年来，石墨烯一直是广大科研工作者研究的热点，也取得了一些突破性的进展。

石墨烯的结构

石墨烯为什么这么受关注，它的神奇之处在哪呢？这得先从他的结构说起，从材料学的角度来讲，结构决定性质，但我们通常研究的结构都是三维的，例如金属铝铁结构是面心立方堆积，即在一个正方体的8个顶点摆一个球，然后6个面的中心摆一个球，这种结构决定了铁的强度和延展性比较好，广泛应用在建筑行业。那么石墨烯呢，二维的结构?这就是石墨烯第一个神奇的地方。在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在，因为微观粒子是不断运动的，只是我们肉眼看不到，就像表面平静的湖水，其实底下不断的涌动。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，但石墨烯还是在实验中被制作出来了，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。石墨烯的微观结构不想一般晶体那么复杂，它是平面正六边形结构，我们只需要用跳棋就能摆出来。

一个碳原子的半径不到1纳米，仅为91pm,那么石墨烯的厚度就不到1纳米。

石墨烯的组成

决定材料的性质的另一个要素是物质组成。从名字上我们可以知道，石墨烯来自石墨，烯代表不饱和。石墨是碳的一种，碳是一种神奇的元素，钻石的组成就是碳。在石墨烯发现之前就有好几个重要的碳材料被发现，首先是天然的金刚石，金刚石是自然界中最坚硬的物质，用很久远的使用历史。然后在1985年Kroto H. W.、Smalley R. E.、和Curl R. F.共同发现了足球烯 并确认和证实其结构，他们因而获得1996 年诺贝尔化学奖，足球烯是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，因外形像足球而被称为足球烯，其具有许多特殊且优异，可以说是碳纳米研究中抛砖引玉的发现。在足球烯研究推动下，1991 年一种更加奇特的碳结构 - 碳纳米管被日本电子公司(NEC)的饭岛博士发现，碳纳米管是一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。这些材料都是以石墨为原料制取出来的，因其具有金属光泽，曾被误认为是铅，生活中常用的铅笔实际是石墨笔芯，而不是铅，所以应该叫石墨笔更合适。石墨是一种结晶形碳，六方晶系，为铁墨色至深灰色。硬度低，熔沸点高。质软,有滑腻感,可导电。化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、碱等不易反应。因此常用作电池电极。

石墨烯的性质

了解了结构和组成，我们再来看它的性质，就我们最可感觉的力学性质来说。从我们的生活经验来看，越薄的东西越不结实，一块木板很结实，但从木板上刨下来的刨花却能够被扯断，石墨烯的厚度不到刨花的一万分之一，那它是不是很容易碎裂呢？这就是石墨烯第二个神奇的地方。石墨片虽然很脆，但从上面剥下来的石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，比钻石还坚硬，断裂强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍（比较不太合适，只是为了更具体的感受）同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa，这得益于其碳原子间强力的键，以及十分稳定的正六边形结构。理论上来说，如果用单层石墨烯做成一个吊床，可以承受一只猫的重量。而且因为石墨烯很薄，所以透光性极好，如果一个人躺在这样的吊床上，在别人看来就像是漂浮在空中一样。如果能用它替代张家界玻璃栈桥的玻璃，那悬空感和刺激感就要更上一个层次了。

石墨烯还有许多优良的性质。它继承了石墨的良好的导电性和导热性，并且青出于蓝胜于蓝，石墨烯具有超高的电子迁移率，电子的运动速度达到了光速的三百分之一。同时也是世界上迄今为止电阻率最小的材料，其电阻约为 10 Ω·cm。而且是一种热稳定材料，热导率高达 5 300 瓦/（米·开），是铜的 13 倍。此外石墨烯的理论比表面积高达2 600m2 g，具有半整数的量子霍尔效应、永不消失的电导率等一系列性质 。