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長期以来，石墨烯一直被认为是一种假設性的結构，无法单独存在。2004年，英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，通过特殊方法从石墨中剥离石墨片，成功制备出仅由一层碳原子构成的石墨烯片，从此世界上诞生了一种拥有“无數世界之最”的神奇材料。這一突破性成果，不仅证实了石墨烯可以单独存在，而且破除了其无法制造的“定论”。
石墨烯如同是一个“多面娇娃”，具有一般材料所不具备的众多优异性能，它占据着太多的世界“之最”。它的理论厚度0.34纳米，仅为头发丝的20万分之一，是目前世界上最薄的材料，1毫米的石墨薄片，居然能剥离出多达150万片石墨烯;它又是目前世界上最轻便的材料，1克石墨烯可以覆盖一个足球场;它的强度为钢的200倍、钻石的數倍，如果把一片像食品保鮮膜一样厚度的石墨烯覆盖在一只杯子上，想用一支铅笔戳穿它，需要一头大象的重量压在铅笔上。
在石墨烯内，碳原子就像細铁丝网围栏一样排列，這种結构也使得它十分柔韧，即便大角度弯曲也不会断裂，因此它是最柔韧的材料。石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，可用于超轻质飞机、紅外导引头、激光武器、光电探测装备、超轻便防弹衣等研发应用，在军事航天、军用能源、军用发动机、海水淡化、装甲防护、极高频卫星通信系统等方面具有广阔的应用前景。
石墨烯诞生于石墨，储量丰富、价格低廉，它独特的二维晶体結构和诸多物理、化学、生物学等特性，使它呈現出广阔的应用前景。
科研人員运用石墨烯的超大比表面积和优越导电特性，研制出多种基于石墨烯的储能設备，突破了現有电池容量小、充电时间長的瓶颈。2011年11月，美国西北大学的研究团队研发出一种采用石墨烯和硅材质的电动汽车电池，充电量比以前增加了10倍，充电15分钟可以实現约一周的续航能力。伴随石墨烯衍生技术的迅猛发展，由其制造出的超高频率晶体管以及柔性触摸屏等产品广受欢迎，前者可用于支撑起更加安全隐蔽的极高频军用卫星通信系统，后者則能够像衣服一样柔软地穿戴在身上。
石墨烯问世以来，其理论研究与应用开发不断取得进展，下游应用領域巨大的行业需求更为整个石墨烯产业链提供了充足的发展空间。
然而，石墨烯与其它新生事物一样，其技术研发和产业化也不可能一帆风順。受限于制备技术与工艺，那些依赖于高純度石墨烯的产品，可能需要几年甚至數十年才能开发出来。因为，這一“神奇”材料仍有许多未能克服的技术困难，比如石墨烯的規模化制备、大尺寸石墨烯的工艺创新、石墨烯复合材料的加工等等。只有真正攻克這些技术难关，才能发挥出石墨烯材料的更大潜能，为世界带来更多惊奇。
