什么是石墨烯？
几乎我们每个人都有使用过铅笔，但你是否知道，当我们用铅笔在纸上留下字迹的同时也不知不觉地制造出了很有可能在不久的将来改变人类生活的神奇材料――石墨烯。
石墨烯与石墨“本是同根生”。石墨作为碳的一种同素异形体，是制作铅笔芯的原材料之一，它是由多层的二维平面碳原子网络有序堆叠而形成的。由于层间的相互作用力较弱，因此石墨片层很容易滑动甚至被剥离，形成层数较少的石墨薄片，这也正是铅笔能在纸上留下痕迹的原因。但是如果把身边的小事做到极致，就会有意想不到的大发现。假如把石墨片层剥离到只剩单层的极限，得到厚度只有一个碳原子(3.335nm)的单层石墨，这就是石墨烯。
透明胶带剥出的诺贝尔奖
安德烈·盖姆（左上图）与康斯坦丁·诺沃肖洛夫（左下图）在英国曼彻斯特大学主持的“在二维材料石墨烯研究中开创性实验”获得2010年度诺贝尔物理学奖
石墨烯，这位“草根达人”被发现的过程也是充满了传奇色彩。长久以来，科学家们从理论上一直认为这种纯粹的二维晶体材料是无法稳定存在的，一些试图制备石墨烯的工作也均以失败而告终。直到2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆（Andre Geim）教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Constantin Novoselov)博士通过一种极其简单的方法首次发现了石墨烯，他们利用普通的塑料胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，最终得到了只有一层碳原子厚度的石墨烯。这一发现轰动了科学界，不仅因为它打破了二维晶体无法真实存在的理论预言，更为重要的是这个已知的世界上最薄的材料带来了许多超乎想象的新特性，使它成为新材料领域的一个重大发现。这两位科学家也因此获得了2010年度诺贝尔物理学奖。
石墨烯的特性
石墨烯由于其特殊的结构，具有许多独特的性能。例如，石墨烯具有极高的载流子迁移率，达15 000 cm2V-1s-1，是商用硅片的10倍；石墨烯的力学强度可达130 GPa，是钢的100多倍；石墨烯的热传导率高达5 000W m-1K-1，是室温下纯金刚石的3倍；石墨烯对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性；石墨烯具有优异的柔软性和极高的比表面积等。因此，石墨烯作为一种重要的功能性碳基纳米材料，有望在电子学、能源、机械、化工、特种材料和医疗等领域获得广泛应用。
在新能源中的应用
在当前新能源技术发展中，作为高效储能的二次电池成为若干重大应用中的关键技术之一。无论是大型储能电站，移动式交通动力，以及各种便携式电子产品，均需要高能量密度或高功率密度的二次电池作为技术支持。利用石墨烯的高导电性、大的比表面积、可弯曲性和化学稳定性等特点，将石墨烯与常用的电极材料复合得到新型电极材料，能够大大提高二次电池的电池容量和充放电效率，并且能够根据需要制成各种形状具有柔性的电池。
近年来，我们对具有电极活性的自由基聚合物进行了有意义的尝试，合成了一种以含有双键的聚联烯为主链的聚氮氧自由基，这种聚合物可以作为锂电池的正极材料，并且已经获得了“聚联烯氮氧自由基”的专利授权(专利号：ZL 2008 1 0038928.3)。如果将这种聚合物的电极活性同石墨烯优良电学和力学性能结合起来，我们将可能得到不依赖于重金属资源并且环境友好的电极材料，用于制备柔性二次电池。
目前，我们正在改进聚合物的合成方式与自由基的分子结构，提高现有自由基聚合物体系的电化学性能，并且将其与石墨烯相结合，制备具有高能量密度、循环次数长、化学稳定、易加工和环境友好的柔性二次电池。
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2000年，搞笑诺贝尔物理学奖授予了荷兰人安德烈·盖姆（Andre Geim）和英国人迈克尔·贝瑞（Michael Berry），他们使用磁性克服了重力作用，使一只青蛙悬浮在半空中。
2004年，盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Constantin Novoselov)在英国曼彻斯特大学主持的“在二维材料石墨烯研究中的开创性实验”制成石墨烯材料。这是目前世界上最薄的材料，仅有一个原子厚度。自那时起，石墨烯迅速成为物理学和材料学的热门话题。
目前，集成电路晶体管普遍采用硅材料制造，当硅材料尺寸小于10纳米时，用它制造出的晶体管稳定性变差。而石墨烯可以被刻成尺寸不到1个分子大小的单电子晶体管。此外，石墨烯高度稳定，即使被切成1纳米宽的元件，导电性也很好。因此，石墨烯被普遍认为会最终替代硅，从而引发电子工业革命。