石墨烯（Graphene）是只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯之最：

　　石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料；幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；目前世上電阻率最小的材料：因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管；由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

　　潛在應用

　　單分子氣體偵測

　　石墨烯獨特的二維結構使它在傳感器領域具有光明的應用前景。巨大的表面積使它對周圍的環境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。

　　當一個氣體分子被吸附于石墨烯表面時，吸附位置會發生電阻的局域變化。石墨烯具有高電導率和低噪聲的優良品質，能夠偵測這微小的電阻變化。

　　石墨烯納米帶

　　為了要賦予單層石墨烯某種電性，會按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯納米帶（Graphene nanoribbon）。石墨烯納米帶的結構具有高電導率、高熱導率、低噪聲，這些優良品質促使石墨烯納米帶成為集成電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。

　　集成電路

　　石墨烯具備作為優秀的集成電路電子器件的理想性質。問題是單層的石墨烯制造困難，更難作出適當的基板。

　　透明導電電極

　　石墨烯良好的電導性能和透光性能，使它在透明電導電極方面有非常好的應用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極管等等，都需要良好的透明電導電極材料。特別是，石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優良。由于氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區域。

　　導熱材料/熱界面材料

　　2011年，美國佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）學者首先報道了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結構在熱界面材料中的應用及其超高等效熱導率和超低界面熱阻。

　　超級電容器

　　由于石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用于超級電容器的導電電極。科學家認為這種超級電容器的儲存能量密度會大于現有的電容器。

　　海水淡化

　　研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術。

　　太陽能電池

　　南加州大學維特比工程學院的實驗室報告高度透明的石墨烯薄膜的化學氣相沉積法在2008年的大規模生產。

　　石墨烯生物器件

　　由于石墨烯的可修改化學功能、大接觸面積、原子尺吋厚度、分子閘極結構等等特色，應用于細菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優良的選擇。

　　抗菌物質

　　中國科學院上海分院的科學家發現石墨烯氧化物對于抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。

　　石墨烯感光元件

　　一群來自新加坡專精于石墨烯材質研究的科學家們，現在研發出將石墨烯應用于相機感光元件的最新技術，可望徹底顛覆未來的數位感光元件技術發展。