石墨烯和石墨之間有一種特殊的關系。石墨是一種我們可能熟悉的材料，例如鉛筆芯和干電池內的電極。它的主要成分是石墨。從微觀結構來看，石墨是一種層狀材料，由多層碳原子組成。對于每一層，它中的碳原子都是由非常穩定的強共價鍵結合的。各層之間通過相對較弱的力相互結合，這使得層與層之間更容易分離。因此，厚石墨很容易分解成薄石墨片。因此，石墨的結構可以生動地比作一本書，每一頁紙都類似于一層碳原子。我們要講的石墨烯是石墨“書”中的一頁“紙”。

那么，這篇“論文”之所以能獲得諾貝爾獎，有什么奇怪之處呢？關鍵在于石墨烯的特殊結構。首先，石墨烯只有一個原子層厚度，這是人類制備出真正的二維材料，這顛覆了自然界不可能找到穩定的二維晶體材料的傳統結論。第二，石墨烯中的碳原子呈規則的六邊形蜂窩狀排列。這種排列導致石墨烯具有非常特殊的電子能帶結構，這使得它包含了豐富而新穎的物理現象和性質。在凝聚態領域，材料的電子性質可以用薛定諤方程來描述。然而，石墨烯是個例外。石墨烯中的電子輸運遵循Dirac方程，其中載流子是無質量的，是一個相對論性粒子，其有效速度接近光速。這種材料的發現無疑開辟了凝聚態物理的一個新領域。。

從材料科學的角度來看，石墨烯具有許多特殊而優異的性能，因此具有廣泛的應用前景。這里有一些例子

（1） 石墨烯具有超高的載流子遷移率和熱導率。石墨烯的遷移率是傳統硅基材料的幾十倍甚至幾百倍。載流子遷移率是微電子器件的一個非常重要的參數。如果遷移率太低，將導致嚴重的發熱和低響應頻率。因此，石墨烯以其高遷移率和良好的導熱性被認為是一種理想的電子器件材料。

（2） 在航空航天領域，石墨烯可作為某些部件表面的保護層，以減少宇宙射線激發的二次電子。

（3） 石墨烯具有優異的熱穩定性和化學穩定性。石墨烯的熔點高達3652℃。耐強酸、強堿，穩定性好。

（4） 石墨烯是目前世界上最強的材料。據估計，如果用石墨烯制作一層厚度相當于普通食品塑料袋厚度（約100nm厚）的薄膜，則能承受約兩噸重貨物的壓力而不致破裂。一些科學家指出，具有這種強度的材料可能成為未來“太空電梯”的首選材料。

（5） 具有納米級孔的石墨烯可用于海水淡化。在生物學研究中，DNA測序可以通過讓長DNA鏈一次穿過石墨烯納米孔來完成。

我們在日常生活中能接觸到這種材料嗎？

從以上描述可知，石墨烯可以通過細化石墨來獲得。石墨是自然界中分布廣泛的一種物質，在日常生活中可以與之接觸。比較常見的例子就是鉛筆。當你用鉛筆寫字時，你會在紙上留下一絲石墨的痕跡，實際上你在制造石墨烯。