石墨烯是一種由單層碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，被譽為“21世紀(jì)的新材料之王”。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)石墨烯是碳的同素異形體之一，由一層碳原子組成，每個碳原子通過3個σ鍵與相鄰碳原子連接，剩余1個p電子形成離域大π鍵，形成穩(wěn)定的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)。物理特性強度極高：抗拉強度達(dá)130 GPa，是鋼的200倍以上，同時保持極輕的質(zhì)量（密度僅約2.2 g/cm3）。導(dǎo)電性優(yōu)異：電子遷移率高達(dá)200,000 cm2/(V·s)，是硅的100倍以上，室溫下量子霍爾效應(yīng)顯著。導(dǎo)熱性極佳：熱導(dǎo)率約5000 W/(m·K)，是銅的10倍以上。透光性：單層石墨烯對可見光的吸收率僅2.3%，幾乎透明。柔韌性：可彎曲至180度而不破裂，適合柔性電子器件?；瘜W(xué)性質(zhì)表面可通過化學(xué)修飾引入官能團（如羥基、羧基），調(diào)控其親水性或反應(yīng)活性。在氧氣中高溫下可燃燒生成CO?，但在常溫下化學(xué)穩(wěn)定性良好。

制備方法機械剝離法用膠帶反復(fù)剝離高定向熱解石墨（HOPG），獲得單層石墨烯。此方法簡單但產(chǎn)量低，適合實驗室研究。化學(xué)氣相沉積（CVD）在高溫下將甲烷等碳源分解，碳原子在金屬基底（如銅、鎳）上沉積形成石墨烯。可制備大面積、高質(zhì)量薄膜，是工業(yè)化的主流方法。氧化還原法將石墨氧化為氧化石墨烯（GO），再通過化學(xué)還原或熱還原去除含氧基團，得到還原氧化石墨烯（rGO）。成本低但缺陷較多，常用于復(fù)合材料。外延生長法在單晶硅碳化物（SiC）表面高溫脫硅，生成石墨烯。適用于制備特定晶向的石墨烯，但設(shè)備要求高。

應(yīng)用領(lǐng)域電子器件晶體管：石墨烯的高電子遷移率使其成為未來高速、低功耗芯片的候選材料。柔性顯示屏：透明、導(dǎo)電且柔韌，可用于可折疊手機、電子紙等。傳感器：高靈敏度檢測氣體、生物分子或壓力變化，如葡萄糖傳感器、壓力傳感器。能源存儲與轉(zhuǎn)換超級電容器：高比表面積和導(dǎo)電性提升能量密度和充放電速度。鋰離子電池：作為負(fù)極材料或?qū)щ娞砑觿?，提高電池容量和循環(huán)壽命。太陽能電池：透明導(dǎo)電電極替代傳統(tǒng)氧化銦錫（ITO），降低成本。復(fù)合材料與聚合物、金屬或陶瓷復(fù)合，增強材料的強度、導(dǎo)電性或?qū)嵝裕绾娇蘸教觳牧?、運動器材。生物醫(yī)學(xué)藥物遞送：石墨烯氧化物可負(fù)載藥物，通過靶向釋放提高治療效果?？咕牧希罕砻驿h利邊緣可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，用于傷口敷料或醫(yī)療器械涂層。生物成像：熒光特性可用于細(xì)胞標(biāo)記或腫瘤檢測。其他領(lǐng)域海水淡化：石墨烯膜的高通量和選擇性可高效過濾鹽分。量子計算：作為拓?fù)浣^緣體或量子比特載體，探索量子信息處理。