石墨烯，一种结晶碳的二维形式，可以是形成蜂窝（六边形）晶格的单层碳原子，也可以是此蜂窝结构的几个耦合层。石墨烯一词在未指定形式的情况下使用（例如，双层石墨烯，多层石墨烯），通常是指单层石墨烯。石墨烯是碳的所有石墨结构的母体形式：石墨，是由相对弱耦合的石墨烯层组成的三维晶体；纳米管，可以表示为石墨烯的卷轴；和布基球，由石墨烯制成的球形分子，带有一些六角环被五边形环取代。
石墨烯的初步研究
石墨烯的理论研究始于1947年，物理学家Philip R. Wallace作为了解石墨电子结构的第一步。石墨烯一词是由化学家Hanns-Peter Boehm，Ralph Setton和Eberhard Stumpp在1986年引入的，其结合使用石墨一词（指有序晶体形式的碳）和后缀-ene（指多环芳烃），其中碳原子形成六边形或六边形的环结构。
在2004年，曼彻斯特大学的物理学家Konstantin Novoselov和Andre Geim及其同事使用一种非常简单的方法从石墨上剥落分离出单层石墨烯。他们的“透明胶带法”使用胶带从石墨样品中去除顶层，然后将其涂覆到基材上。除去胶带后，一些石墨烯以单层形式保留在基材上。实际上，石墨烯本身并不是一项艰巨的任务。每次有人用铅笔在纸上绘画时，铅笔迹线都包含一小部分的单层和多层石墨烯。曼彻斯特小组的成就不仅是分离石墨烯薄片，而且是研究其物理性质。特别是，他们证明了石墨烯中的电子具有很高的迁移率，这意味着石墨烯可以用于电子应用。2010年，吉姆（Geim）和诺沃塞洛夫（Novoselov）因其工作被授予诺贝尔物理学奖。
在这些第一个实验中，石墨烯的基材是自然地被薄薄的透明二氧化硅层覆盖的硅。事实证明，单层石墨烯与二氧化硅形成了光学对比，强度足以使石墨烯在标准光学显微镜下可见。这种可见性有两个原因。首先，石墨烯中的电子在可见光频率下与光子相互作用非常强，每个原子层吸收约2.3％的光强度。其次，二氧化硅层中的干涉现象大大增强了光学对比度。这些现象与在肥皂膜或水上油等薄膜中产生彩虹色的现象相同。
