1.石墨烯特性
石墨烯是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢夫和安德烈•盖姆发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术的简单方法。
正是这种简单的方法制备出来的简单物质石墨烯，推翻了科学界的一个错误认识：任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。
石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。
石墨烯与所有其他已知材料不同的是，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，其导电性也很好。此外，石墨烯单电子晶体管可在室温下工作。而作为热导体，石墨烯比目前任何其他材料的导热效果都好。更令人称奇的是，石墨烯的柔韧性特别好，厚度只有一层碳原子的石墨烯被称为“奇迹材料”。
石墨烯是目前已知的硬度最高、最薄的材料，仅有一个碳原子厚。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，只有0.34纳米厚，十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径，人们用肉眼是看不见的。
石墨烯特性：
石墨烯具有许多独特和引人注目的特性，这些特性使其在科学、工业和技术领域中备受关注。以下是石墨烯的一些主要特性：
- 单层结构： 石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶格，形成六角形的蜂窝状结构。
- 高导电性： 石墨烯具有出色的电导率，远远超过其他材料。电子在石墨烯中以极高的迁移率移动，使其成为理想的导电材料。
- 高热导性： 石墨烯表现出卓越的热导性，使其在热管理和散热应用中具有潜在的用途。
- 高机械强度： 尽管石墨烯是单层的，但其强度非常高。它是世界上最坚固的材料之一，具有出色的机械性能。
- 柔韧性： 石墨烯非常薄且具有高柔韧性，使其适用于柔性电子学和其他柔性设备的应用。
- 透明性： 单层石墨烯对可见光具有很高的透明度，使其在透明电子器件和光学应用中具有潜在用途。
- 巨大比表面积： 石墨烯具有极大的比表面积，使其在催化、吸附和传感等领域具有广泛的应用。
- 对气体的选择性透过性： 石墨烯可以选择性地透过一些分子，这种特性使其在气体分离和传感方面具有潜在的应用。
- 量子霍尔效应： 在极低温下，石墨烯显示出量子霍尔效应，这在量子计算和电子学中具有重要作用。
- 化学反应性： 石墨烯表面的碳原子具有较高的反应性，可以通过化学修饰来引入不同的功能团，拓展其应用领域。
当谈到石墨烯的特性时，还有一些其他值得注意的方面，这些特性使得石墨烯在不同领域中都有着广泛的潜力：
- 环保： 石墨烯是由碳原子构成的，不含稀有元素，且可以通过可持续的制备方法得到。这使得它在环保方面具有优势，且具有可持续发展的潜力。
- 高电子迁移率： 石墨烯中的电子以高迁移率移动，这对于电子器件的高性能设计至关重要，例如在高频放大器、传感器和快速开关等领域。
- 强大的光学性能： 石墨烯对宽波段的光谱具有响应，包括可见光、红外线和紫外线。这使得它在激光、光伏和光电器件等领域有广泛的应用潜力。
- 超高比表面积： 石墨烯的单层结构使得其比表面积非常大，有助于提高其在电化学储能设备（如超级电容器）中的性能。
- 超薄性： 石墨烯是世界上最薄的材料之一，单层厚度仅为一个碳原子，这有助于在微型和纳米尺度上的应用，例如纳米电子学和纳米传感器。
- 生物相容性： 石墨烯表现出一定的生物相容性，这使得它在生物医学应用领域，如药物传递和生物传感器方面具有潜在的应用。
- 热稳定性： 石墨烯表现出较高的热稳定性，使其在高温环境下的应用变得可能，如高温电子器件和耐热复合材料。
- 弯曲性： 石墨烯可以通过机械弯曲而不失去其电学性能，这对于柔性电子学和可穿戴设备的设计非常重要。
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单层二维碳纳米材料，这种稳定二维蜂巢状晶格结构赋予了石墨烯力学、光学、电学和微观量子性质等极为优异的性能，被称为“材料之王”。
石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，碳原子之间由s键连接，结合方式为sp2杂化，这些s键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。
石墨烯具有独特的电子能带结构，以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分布，石墨烯中电子的有效质量为零，表现出了石墨烯独特的电学性质。
石墨烯是人类已知强度最高的物质，它比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，在每100纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了2.9微牛左右。
石墨烯是世上电阻率最小的材料，在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，迁移速率仅为光速的三百分之一，远远高出其在硅、铜等传统半导体和导体中的速率。石墨烯电阻率极低，电子能在其中极为高效地移动，这使得石墨烯具有非常好的导电性。
2.石墨烯分类
完美的石墨烯是二维的，它只包括六角元胞(等角六边形)，如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲，12个五角元胞的会形成富勒烯。石墨烯是单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯的统称。
1）单层石墨烯（Graphene）是指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
2）双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）是指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）构成的一种二维碳材料。
3）少层石墨烯（Few-layer）是指由3～10层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）构成的一种二维碳材料。
4）多层或厚层石墨烯（multi-layer graphene）是指厚度在10层以上10nm以下苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）构成的一种二维碳材料。
5）氧化石墨烯（GO）： 通过氧化石墨的方法制备的一种衍生物，具有氧功能团，如羟基和羧基，使其在某些方面具有不同的性质，如更好的溶解性。
6）还原氧化石墨烯（rGO）： 通过还原氧化石墨烯（GO）而得到的产物，还原过程通常涉及到还原剂，使其恢复一部分石墨烯的结构和性质。
7）立方石墨烯： 在二维平面上，碳原子形成六角形结构，但在三维空间，石墨烯的碳原子也可以形成立方结构，这就是立方石墨烯。
8）氮掺杂石墨烯： 通过在石墨烯结构中引入氮原子，可以调控其电子结构，改善其电子传输性能。
9）硼氮石墨烯： 通过引入硼和氮原子，可以调整石墨烯的性质，如改善其导电性和化学稳定性。
常见的天然石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成较薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，形成的一个碳原子厚度的单层就是石墨烯，是碳的二维结构。
石墨烯是碳的各种形态中的基本结构，可以从石墨烯成功制备出如富勒烯、碳纳米管，弹道晶体管等其他碳素新材料，石墨烯也因此被称为“碳材料之母”。只要添加一点石墨烯进入其它材料，就有可能产生意想不到的效果，作为材料界引起革命性改变的“超级材料” ，石墨烯几乎无所不能。
根据石墨烯的宏观形态分类
根据石墨烯的宏观形态，可以大致分为粉体和薄膜两类。石墨烯粉体是指纳米及微米尺寸的石墨烯片（graphene nanoflake）无序聚集体，主要通过液相剥离法、氧化还原法等方法制备。石墨烯薄膜是在特定基底表面生长的，或生长形成后被转移到其他基底上的连续石墨烯材料，微观上因为制备工艺的局限性可能局部不连续（称为缺陷），宏观上尺寸可达到厘米甚至米量级，主要通过化学气相沉积法、机械剥离法等方法制备。相比于石墨烯粉体，薄膜的优势是连续性和厚度均一性，也更能表征出石墨烯优越的物理化学性能。
从石墨烯的宏观形态角度来看，可以将其分类为以下几种：
- 石墨烯薄膜： 这是最常见的形态，指的是单层或多层石墨烯在一个平面上的薄膜状结构。这种形态通常是在固体表面或其他基材上生长或制备的。
- 石墨烯纸： 石墨烯薄膜可以堆叠在一起形成石墨烯纸，这是一种灵活的材料，可以用于制备各种器件。石墨烯纸的灵活性和导电性使其在柔性电子学领域有潜在应用。
- 石墨烯泡沫： 这是一种多孔的石墨烯结构，类似于泡沫状，具有较大的比表面积。石墨烯泡沫通常具有轻质和高强度的特性，适用于吸附、催化等领域。
- 石墨烯凝胶： 通过水凝胶或其他凝胶化方法，可以形成石墨烯凝胶，具有高表面积和多孔性质，适用于储能、吸附和传感等应用。
- 石墨烯纳米片： 这是指在微观尺度上，石墨烯的片状结构。这种形态常常涉及到对石墨烯的机械剥离或液相剥离等方法。
