石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化辦法形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維資料，所以又叫做單原子層石墨。英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，因此一起取得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯常見的粉體出產的辦法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜出產辦法為化學氣相堆積法（CVD）。因為其非常良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性，在物理學、資料學、電子信息、計算機、航空航天等范疇都得到了長足的發展。
    作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新式納米資料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新資料之王”，科學家乃至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有或許掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革新。
    實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就或許是幾層乃至只是一層石墨烯。
    2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和克斯特亞·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）發現他們能用一種非常簡略的辦法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特別的膠帶上，扯開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，所以薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。
    這以后，制備石墨烯的新辦法層出不窮，經過5年的發展，人們發現，將石墨烯帶入工業化出產的范疇已為時不遠了。因此，在隨后三年內，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯系統中別離發現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應，他們也因此取得2010年度諾貝爾物理學獎。在發現石墨烯以前，大多數物理學家以為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發現立即震撼了凝集體物理學學術界。雖然理論和試驗界都以為完美的二維結構無法在非絕對零度安穩存在，可是單層石墨烯在試驗中被制備出來。