石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。
研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米，键与键之间的夹角为120°。
除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），因而具有优良的导电和光学性能。
扩展资料
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。
这种独特的吸收可能成为饱和时输入光强超过一个阈值，这称为饱和影响，石墨烯可饱和容易下可见强有力的激励近红外地区，由于环球光学吸收和零带隙。由于这种特殊性质，石墨烯具有广泛应用在超快光子学。石墨烯/氧化石墨烯层的光学响应可以调谐电。
更密集的激光照明下，石墨烯拥有一个非线性相移的光学非线性克尔效应。
溶解性：在非极性溶剂中表现出良好的溶解性，具有超疏水性和超亲油性。
熔点：科学家在2015年的研究中表示约4125K，有其他研究表明熔点在5000K左右。
其他性质：可以吸附和脱附各种原子和分子。
石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的晶体。当把石墨片通过物理或化学方法剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。不要看它薄，它的硬度甚至比钢铁要高几百倍！
因为薄，所以石墨烯具有良好的透光性，以肉眼来看，完全可以说它是透明的。同时，由于石墨烯具有良好的强度、柔韧度、导电导热性能，为新能源、大健康、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等七大应用领域带来了巨大的改变。
2017年数据
我国对石墨烯领域的研究与开发也较早就给予了关注。根据国土资源部统计，我国石墨储量占全球的70%以上，石墨烯研发应用水平也与发达国家基本同步。与此同时，国家还资助了大量有关石墨烯的基础研究项目。可以说石墨烯是目前最具价值的材料之一。
石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型二维材料，在智能装备、航空航天、能源储存和环境治理等诸多领域应用潜力巨大，是重要的战略新兴材料。
记者从复旦大学获悉，该校与新加坡国立大学研究人员合作，通过在石墨烯表面引入极少量可电离含氧官能团，实现高质量石墨烯在水相中的高效率制备，有利于加速石墨烯大规模产业化应用。相关成果近日在线发表于《自然·通讯》杂志。
然而，如何实现高质量石墨烯的高效率、规模化制备，一直是制约其大规模应用的关键难题。理想解决方案是从天然鳞片石墨出发，将其在液相中剥离成石墨烯。
如何克服这些难题？研究人员采用一种非稳定分散的策略，通过在石墨烯表面引入极少量的可电离含氧官能团，实现在极高浓度（５０ｍｇ／ｍＬ）下的快速、高产率剥离，剥离产物９０％以上为单层石墨烯，且晶格缺陷少。剥离过程中，由于表面双电层被压缩，石墨烯以絮凝方式析出形成沉淀，后者即使浓缩至固含量很高的滤饼，室温储存一月后，仍可再次分散于水溶液中形成均匀稳定的石墨烯悬浮液，从而有效解决石墨烯规模化应用中的储存和运输问题。
此外，该方法制备的石墨烯水相浆料表现出良好的流变特性，可直接通过３Ｄ打印制备各种形状的石墨烯气凝胶，从而为石墨烯在储能、环境治理、多功能复合材料等领域的应用开辟了新途径。
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2004年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实了它可以单独存在，两人也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
山东济南的圣泉集团。和国内知名院校合作，历时7年时间，首创从玉米芯纤维素制备出生物质石墨烯，并且建成投产全球首家生物质石墨烯工业化生产线。已经取得国家专利，并且在国际居先进水平，属国际首创。
生物质石墨烯是以天然绿色植物秸秆为原料，采用自主专利技术—基于基团配位析碳原理的热裂解法（国家发明专利号：ZL 2015 1 0819312.X）制备而成，具有明显的远红外、抗菌抑菌等特性。此方法已被中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的石墨烯联盟标准“石墨烯材料的术语、定义及代号”中国石墨烯常见制备方法4.4中收录。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。[1]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，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。[2]
2018年3月31日，中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动。[3]
中文名
石墨烯
英文名
Graphene
应用领域
物理、材料、电子信息、计算机等
载流子迁移率
15000cm2/（V·s）（室温）
导热系数
5300W/mK（单层）
研究历史
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。