国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室通过多次“撕胶带”的方式从石墨中成功分离出了石墨烯。如果说石墨是一本书的话，那么石墨烯就是其中的一页。在石墨烯被发现以前，大多数物理学家认为热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在，所以石墨烯的发现在凝聚态物理领域引发了一场革命。石墨烯的优点可以总结为：“更薄、更轻”——它只有一个原子层厚度，0.338nm；“更强、更坚硬”——比钢强韧200倍；“导电性更好”——电子迁移率是硅材料的100倍；“导热性更好”——是金属铜的10倍。
石墨烯的分类方式有两种，一种是按照层数的多少，可以分为单层、双层、少层以及多层四大类产品；另一种按照产品形态可以分为粉体、浆料、薄膜三大类产品。石墨烯粉体和石墨烯薄膜是目前石墨烯材料的两种主要形式，前者多掺杂在其他材料中使用，多应用于涂料和锂离子电池领域；石墨烯薄膜则因透明、导电、柔性好等优点，在电子、光子及光电设备领域的应用十分广泛。不同的石墨烯产品由于制备方法不一，原材料也存在一定区别。石墨烯粉体主要以物理或化学法制成，主要原材料为天然石墨。石墨烯薄膜主要采用化学气相沉积，其原材料主要是甲烷、乙醇等产品。
石墨烯的制备方法主要可以分为“自上而下”和“自下而上”两类方法。“自上而下”法是以石墨为原料，通过剥离的方法来制备石墨烯层，如：机械剥离法，氧化还原法，液相剥离法等；“自下而上”法是通过碳原子重排来合成石墨烯，如：化学气相沉积法，外延生长法，有机合成法等。目前比较主流的石墨烯制备方法有氧化还原法、化学气相沉积法。不同制备方法获得的石墨烯在品质和成本上差别较大，相应产品的适用领域也有差异。
石墨烯的应用分为三种，第一种属于初级应用，领域主要是消费电子类产品；第二种属于中高级应用，领域主要是超高频率发射器等器件产品；第三种属于高级应用，领域主要是芯片等。目前已知的应用领域包括电子器件、能源、环保以及金属制品的电磁防护、防腐涂料、油墨等。石墨烯由于其优异性能，堪比是材料领域的互联网，与不同材料、技术结合起来，能够形成具备特殊性能、满足特定场景的新型材料，如图“互联网+”的发展趋势，“石墨烯+”也有望成为未来材料发展的一大趋势。
在环保领域，主要是利用石墨烯巨大的比表面积、良好的吸附性能、优良的电子传输等性能，作为吸附剂不仅可以很好的吸附水中的有机溶剂、重金属等污染物，还可以起到过滤作用，污水处理、空气净化、海水漏油处理、海水淡化和水净化等领域均有应用。
目前石墨烯在众多应用领域都已有相关产品问世，将来还将会为复合材料、纺织领域、电子信息、节能环保、生物医药、化工、航空航天等很多领域都带来巨大的推进与改变。
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