石墨烯是一种由单层碳原子以 sp²杂化轨道组成的二维蜂窝状晶格结构的新型纳米材料，被誉为“21 世纪的材料之王”。结构与组成原子排列：每个碳原子通过共价键与周围三个碳原子相连，形成六边形蜂窝状结构，厚度仅为 0.335 纳米（约头发丝直径的二十万分之一）。化学键：碳原子间形成σ键（提供结构强度）和离域π键（赋予导电性），形成独特的电子结构。

核心特性机械性能：强度是钢的 200 倍，同时具有极好的柔韧性（可弯曲至 180 度）。电学性能：电子迁移率极高（可达 200,000 cm²/(V·s)），是硅的 100 倍以上。零带隙结构，导电性极强（常温下电导率可达 10⁶ S/m）。热学性能：热导率高达 5000 W/(m·K)，是铜的 10 倍以上。光学性能：透光率达 97.7%，几乎透明，同时能高效吸收光子。化学稳定性：耐腐蚀、抗氧化，可在多种环境中稳定存在。

制备方法机械剥离法：用胶带反复剥离石墨，获得单层石墨烯（简单但效率低）。化学气相沉积（CVD）：在金属基底上生长大面积石墨烯（适用于工业生产）。氧化还原法：将石墨氧化为氧化石墨烯，再还原为石墨烯（成本低但缺陷较多）。液相剥离法：通过超声波将石墨分散在溶剂中，剥离出石墨烯（适合大规模制备）。