石墨烯是由一個碳原子與周圍3個近碳原子結合形成蜂窩狀結構的碳原子單層。理想的單層石墨烯片是由一層密集的碳六元環構成的，沒有任何結構缺陷，厚度約為0.35nm，是目前為止最薄的二維納米碳材料。石墨烯是目前自然界最薄最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。目前石墨烯可量產的制備方法主要為氧化還原法和化學氣相沉淀法（CVD）。其中氧化還原法的原材料為石墨，CVD法的原材料為甲烷、乙炔等含碳氣體。目前的趨勢是生產缺陷極小的高品質石墨烯。因此，CVD法在大多數應用中使用頻率更高。

石墨烯應用領域

由于石墨烯具有優異的復合性能，雖然目前其下游應用還沒有實現產業化，但是其潛在的應用領域非常廣泛。在這些潛在應用領域中，應重點關注復合材料、過濾器、儲能、晶體管、傳感器、柔性透明電極等。石墨烯的特性組合使其應用廣泛。但需要注意，這些應用通常都需要石墨烯的導電性或機械性能。這就導致石墨烯在每個應用領域都存在競爭材料，且與之相比，石墨烯的性能表現各異。

輕量化復合強化材料

交通領域，特別是航空、航天和汽車行業，大部分應用都需要輕量化復合強化材料。以碳復合材料替代金屬實現汽車的輕量化，可以有效提高能源效率。政府大力推動汽車能效提高也部分推動了產業的發展。而在輕量化材料的替代過程中，石墨烯將發揮重要作用。

石墨烯的性能遠超這些應用領域的需求。石墨烯是截至目前人類已知強度最高物質，與單壁碳納米管相當；韌性是碳纖維的20倍；具有極高的拉伸強度。而且，自下而上的合成可使石墨長在銅或鎳的泡沫上。利用催化金屬進行蝕刻，可以產生多孔的輕質石墨烯泡沫。