2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用高度定向的热解石墨首次获得了独立存在的高质量石墨烯，打破了传统的物理学观点:二维晶体在常温下不能稳定存在。两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是一种碳原子分布在二维蜂巢晶体点阵上的单原子层晶体。被认为是构建所有其他维数石墨材料的基本单元，它可以包裹成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨，如图所示。石墨烯晶体C-C键长为0.142nm，每个碳原子4个价电子中的3个通过σ键与临近的3个碳原子相连，S、Px和Py3个杂化轨道形成强的共价键合，组成sp2杂化结构。这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。
石墨烯的特性
1、强度与柔韧性：抗拉强度和弹性模量分别为 125 GPa 和 1.1TPa，其强度约为普通钢的100倍，用石墨烯制成的包装袋，可以承受大约2吨的重量，是目前已知的强度最大的材料。
2、导电导热性：其电子迁移率可达到2×105cm2/V·s，约为硅中电子迁移率的140倍，砷化镓的20倍，温度稳定性高，电导率可达108Ω/ m,面电阻约为31Ω/sq（310Ω/m2），比铜或银更低，是室温下导电最好的材料。
3、光学性质：单层石墨烯对可见光以及近红外波段光垂直的吸收率仅为 2.3%，对所有波段的光无选择性吸收。
线性光学性质：单层石墨烯的吸光率很高，对从可见光到太赫兹宽波段每层吸收 2.3% 光。
非线性光学性质：当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。这些特性可以使得石墨烯可以用来做被动锁模激光器。
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