2004 年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)(University of Manchester) Andre K. Geim 等[1] 以石墨為原料，通過(guò)微機(jī)械力剝離法得到一系列叫作二維原子晶體( two-dimensional atomic crystals) 的新材料——“石墨烯(graphene )”。 

       石墨烯的英文名字為Graphene，最早出現(xiàn)在1987年，當(dāng)時(shí)科學(xué)家用之稱謂“單層石墨”，或描述碳納米管(nanotube)；所以碳納米管也被認(rèn)為是卷成圓桶的石墨烯。很明顯，該命名與石墨(graphite)有關(guān)。與碳納米管相比，石墨烯有完美的雜化結(jié)構(gòu)，大的共軛體系使其電子傳輸能力很強(qiáng)，而且合成石墨烯的原料是石墨，價(jià)格低廉，這表明石墨烯在應(yīng)用方面將優(yōu)于碳納米管。與硅相比，石墨烯同樣具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：硅基的微計(jì)算機(jī)處理器在室溫條件下每秒鐘只能執(zhí)行一定數(shù)量的操作，然而電子穿過(guò)石墨烯幾乎沒(méi)有任何阻力，所產(chǎn)生的熱量也非常少。另外，石墨烯本身就是一個(gè)良好的導(dǎo)熱體，可以很快地散發(fā)熱量。由于具有優(yōu)異的性能，如果由石墨烯制造電子產(chǎn)品，則運(yùn)行的速度可以得到大幅提高。速度還不是石墨烯的唯一優(yōu)點(diǎn)。硅不能分割成小于10 nm 的小片，否則其將失去誘人的電子性能；與硅相比，石墨烯被分割時(shí)其基本物理性能并不改變，而且其電子性能還有可能異常發(fā)揮。因而，當(dāng)硅無(wú)法再分割得更小時(shí)，比硅還小的石墨烯可繼續(xù)維持摩爾定律，從而極有可能成為硅的替代品推動(dòng)微電子技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展。 

       石墨烯跟鉆石一樣，都是純碳，但它比鉆石硬很多。石墨烯是由碳原子構(gòu)成的二維晶體，碳原子排列與石墨的單原子層一樣，成蜂窩狀(honeycomb)。雖然它很結(jié)實(shí)，但是柔韌性跟塑料包裝一樣好，可以隨意彎曲、折疊或者像卷軸一樣卷起來(lái)。 

       石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)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(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。 

       石墨烯最大的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，（或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱為“載荷子”）的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。

     “石墨烯”又名“單層石墨片”，是指一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子，碳原子排列成二維結(jié)構(gòu)，與石墨的單原子層類似(圖1-1) 。Geim 等 北京科技大學(xué)《材料科學(xué)與工程選論》課程學(xué)習(xí)報(bào)告  - 5 -    [2] 利用納米尺寸的金制“鷹架”，制造出懸掛于其上的單層石墨烯薄膜，發(fā)現(xiàn)懸 掛的石墨烯薄膜并非“二維扁平結(jié)構(gòu)”，而是具有“微波狀的單層結(jié)構(gòu)”，并將石墨烯單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性歸結(jié)于其在“納米尺度上的微觀扭曲”。    

圖1-1 石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖