石墨烯与石墨之间有特殊的亲缘关系。石墨这种材料大家可能都比较熟悉，比如说铅笔芯、干电池内部的电**等，其主要成分就是石墨。从微观结构来看，石墨是一种层状材料，由一层一层的碳原子堆叠而成。对于每一层而言，其中的碳原子之间以牢固的共价键相结合，非常稳定。

 

而层与层之间则是以一种比较微弱的作用力相互结合的，从而使得层与层之间比较容易脱离开。因此，厚的石墨是可以很容易地解离成薄的石墨片的。那么，石墨的这种结构就可以形象地类比成一本书，书中的每页纸就类比成一层碳原子。而我们要讲的石墨烯就是石墨这本“书”之中的一页“纸”。

 

那么这页“纸”有何奇特之处，使之得到诺贝尔奖的青睐呢?**关键就在于石墨烯这页“纸”特殊的结构。首先，石墨烯只有一个原子层的厚度，是人类制备出的第一种真正意义上的二维材料，颠覆了传统理论中“自然界中根本不可能找到稳定存在的二维晶体材料”这一结论。

 

第二，石墨烯中的碳原子是以六角蜂窝的形状按规则排列的(如图一)，这种排列方式导致石墨烯拥有非常特殊的电子能带结构，从而使其蕴含了丰富而新奇的物理现象与性质。在凝聚态领域中，材料的电子特性大都用薛定谔方程就可以充分描述。

 

但是石墨烯是个例外，石墨烯中的电子输运遵循的是狄拉克方程，其中的载流子是无质量，是类似于相对论性质的粒子，其有效速度接近于光速。这种材料的发现无疑为凝聚态物理中开辟了一块全新的领域。

 

2. “**材料”石墨烯，**在哪？

 

从材料科学的层面讲，石墨烯具有许多特殊而优异的性质，从而具有广泛的应用前景。在此试举几例：

 

(1)石墨烯具有超高的载流子迁移率和热导率，迁移率是传统硅基材料的几十甚至几百倍。载流子迁移率对于微电子器件来说是一项**其关键的参数，若是迁移率过低，将会导致产热严重、响应频率低下等后果。因此，由于迁移率高、导热好，石墨烯被认为是一种理想的电子器件材料。

 

(2)在航天科学领域中，石墨烯可以被当做保护层覆盖在一些元件的表面，用来降低因**射线激发的二次电子。

 

(3)石墨烯具有**好的热稳定性和化学稳定性。石墨烯熔点高达 3652 ºC，耐强酸强碱等恶劣环境，具有**好的稳定性。

 

(4)石墨烯是迄今为止**上强度**的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100 纳米)，它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂。已经有科学家指出，拥有如此强度的材料，有可能成为未来“太空电梯”的首选材料。

 

(5)带有纳米级的空洞石墨烯，可以用于海水淡化。在生物学研究中，让DNA长链一次经过石墨烯纳米孔，可以进行DNA测序。

 

3. 我们在日常生活中能接触到这种材料吗?

 

通过上文的描述，我们可以知道，石墨烯可以通过减薄石墨来获得。而石墨是自然界中分布十分广泛的材料，在我们日常生活中是经常可以接触到的。**普遍的一个例子就是铅笔，当你用铅笔写字的时候，在纸上留下淡淡的石墨痕迹，实际上这个时候你就在制造石墨烯。