碳原子排列的不同，構成了不同的元素，有的硬如金剛石，有的軟如石墨。還有一種特殊的材料——石墨烯。它是一種單層或薄層的新型二維原子晶體。石墨烯由碳原子以SP2雜化連接的單原子層構成，基本結構是有機材料中最穩定的苯六元環，理論上，它的厚度隻有0.35nm, 遠小于新冠病毒的直徑（60-140nm）。
特殊的結構給石墨烯帶來了超乎想象的性能。例如，石墨烯的強度是鋼鐵的100多倍，導熱率是金剛石的3倍，載流子遷移率是銻化铟材料的2倍。近年來，業内掀起了一股石墨烯的研究浪潮。
在2004年，Kostya Novoselov, Andre Geim 和他們的合作者提出了一個創意的方案，他們取一塊高質量的石墨，開始用膠帶層層剝離，直到它被減少到隻有幾層。在這幾個層中，他們實現了場效應晶體管，并展示了雙極電導。在一個獨立的實驗中，來自曼徹斯特的研究小組證明了石墨烯——單層石墨，盡管被預測為單層或少層的不穩定狀态，但仍然可以被分離，而且它還表現出電場效應。
機械剝離法制備石墨烯的示意圖
材料應用從2010年獲得諾貝爾獎之後，石墨烯的特殊性能将很快成為材料領域的“新貴”，尤其是在複合材料、觸摸屏、電子器件、儲能電池、顯示器、傳感器、半導體、航天、生物醫藥等各個領域都有很廣用武之地。
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