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石墨烯(Graphene)是单层碳原子以六角形晶格排列的特殊形状的体(形态)。它是许多其他异形碳的基本结构元素，如石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯。可以认为它是一种不确定的芳香族大分子，是多环芳烃家族的终极例子。

石墨烯有很多不寻常的性质。它是经过测试的最坚固的材料，可以有效地导热和导电，并且几乎是透明的。石墨烯表现出较大的非线性抗磁性，比石墨大，可以用钕磁铁悬浮。

科学家从理论上研究石墨烯已经很多年了。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。最早是在1962的电子显微镜下观察到的，但是是以金属表面为支撑进行研究的。这些材料后来被曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在2004年重新发现、分离并完成。通过对其组成、结构和性质的现有理论描述，了解其研究现状。这项工作导致了2010年诺贝尔物理学奖“石墨烯，一种二维材料的开创性实验”。

石墨烯

“石墨烯”是“石墨”和后缀-ene的组合，由Hanns-Peter Boehm命名，在1962中描述了单层碳箔。

“cafeen”一词最早出现在1987中，用来描述石墨是石墨层间化合物(GICs)的一种成分。从概念上讲，GIC是粒间和石墨烯的结晶盐。该术语也用于碳纳米管、外延石墨烯和多环芳烃(PAHs)的早期描述。石墨烯可以看作是一种无限交替的多环芳烃(只有六个碳环)。国际纯粹与应用化学联合会指出:“在过去，石墨层、碳层或碳片等描述都用于石墨烯这一术语……”对于单层术语来说，是不正确的，它包含了石墨这个术语，意思是三维结构。在讨论单层的反应、结构关系或其他性质时，只应使用石墨烯。

Geim定义了“孤立或独立的石墨烯”，因为“石墨烯是石墨的单个原子平面，这是必不可少的——它与其环境完全分离，被认为是独立的。”这个定义比IUPAC的定义要窄，IUPAC指的是将石墨烯劈开、运输、悬浮。其他形式，如石墨烯生长在各种金属上，如悬浮或转移到二氧化硅(SiO)上，可以成为独立式。

石墨烯理论最早是由华莱士在1947中发现的，作为了解三维石墨电子特性的起点。无质量狄拉克方程是由塞门诺夫、岑佐和梅勒首先提出的。Ruess和Vogt在1948中发表了最早的几层石墨的TEM图像。早在1962年，当Boehm报道了氧化石墨烯片的单个石墨烯片的形成时，就开始了对石墨层的早期详细研究。

石墨烯

从1990开始，人们就在努力用机械剥离的方法制作石墨薄膜，但在2004年之前，还没有比50-100层更薄的薄膜。一开始我们尝试用原子做石墨薄膜，用的是类似拉丝法的剥离技术。获得厚度为65438±00n m的多层样品。

关于石墨烯生产的首批专利之一于2002年6月提交，并于2006年获得批准。两年后的2004年，Geim和Novoselov从块状石墨中提取出单原子厚度的晶体[7]，并将其转移到薄的二氧化硅(SiO)上。

在硅片上，石墨烯是电隔离的。这种解理技术直接导致首次观测到石墨烯的反常量子霍尔效应，为石墨烯预言的无质量狄拉克费米子的理论预言提供了直接证据。这一结果是由Geim的研究小组Kim和Zhang报告的，他们的论文于2005年发表在《自然》杂志上。海姆和诺沃肖洛夫因对石墨烯的开创性研究而获奖，尤其是2010年诺贝尔物理学奖。

2013年，欧盟委员会资助的大型研究项目总预算为100亿，涉及150个伙伴组织。

一旦商业规模生产被证明，石墨烯的商业化将会快速进行。到2017年，第一个实验室石墨烯电子器件问世后的13年，一个集成的石墨烯电子芯片已经商业化生产，并推广给圣地亚哥纳米医疗诊断的药学研究人员。

石墨烯

石墨烯是一种透明的柔性导体，为各种材料/器件应用提供了保障，包括太阳能电池、发光二极管(led)、触摸面板和智能窗户或手机。例如，一家中国公司生产的石墨烯触摸板模块(2D碳石墨烯材料有限公司)已经批量销售给手机、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充剂，如注入石墨烯的打印机粉末。

石墨烯超级电容器作为传统电解电池的替代能源。具有充电快、寿命长、环保生产等优点。从2015左右开始，骨架技术生产的石墨烯超级电容器已经实现商业化，并首次用于一些特殊的应用，取代传统电池。到2017，商用石墨烯超级电容器可用于工业电源应用，最大输出功率1500 kW。在2016中，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。2016年，亨里克·菲斯克(Henrik Fisker)宣布研发出一款电动汽车，将使用石墨烯超级电容器，而不是锂离子电池。

与锂离子电池相比，其能量密度低的问题正在得到解决。计划中的电动汽车的目标是最低400英里(640公里)。后来宣布菲斯克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。