石墨烯结构一直被认为是理论模型，难以单独稳定存在，直到2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，从石墨中分离出石墨烯，才证实了它可以单独存在。这两位科学家也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”获得2010年诺贝尔物理学奖。

　　石墨是碳的同素异形体，石墨烯可由石墨剥离出来，1毫米厚的石墨薄片能剥离出300万层石墨烯。可以说石墨烯是“单层石墨”，它是由碳原子按照六角蜂巢晶格排列而成的网状二维纳米材料，常见的石墨可以看作是由石墨烯层层叠加而成的。

　　石墨烯是目前已知的最薄材料，它透明而不透气；它是最坚硬的材料，比同等重量的钢铁坚硬200倍；它是导电性能最好的材料，其导电性优于铜和银，常温下它的电阻率最小；它还可折叠弯折，拥有良好的灵活性，能承受摄氏2500度高温。

　　石墨烯的性能颇具神奇色彩，有关的研究对其进行了上百种用途的实验，包括电池、夜视镜、光探测器、医学扫描设备等，结果常常令人惊喜不已。石墨烯给人留下的印象是它可以改变世界，其广泛的应用前景可从以下几个方面略见一斑。

　　新型显示屏。未来的显示屏可折叠弯曲，在下一代高科技电子设备上，这种柔性显示屏是不可缺少的。现已制造出由多层石墨烯材料构成的透明可弯曲显示屏，甚至可制成更加高效、可打印替代的柔性显示屏。同样，柔性电池也是让智能穿戴设备更为贴身舒适的标配，它能让厂商更为轻易地设计出各种规格的智能穿戴设备。显然，石墨烯在智能穿戴设备的发展上具有很大潜力。

　　新能源电池。现已成功研发的石墨烯超级电池，储电量是目前市场最好产品的三倍，可供电动车行驶1000公里，充电时间不到8分钟，而成本比锂电池低77％，重量也仅为传统电池的一半；质子传导膜是燃料电池的核心，石墨烯可用在燃料电池里作超薄滤膜，由于它不透水却能让质子通过的特性，可以大大提升氢燃料电池的功效；表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，可极大降低制造可变形透明太阳能电池的成本，这种电池有可能在夜视镜、相机等小型数码设备中应用。另外，由于石墨烯是一种透明的良性导体，具有直接植入服饰的潜力，这意味着可直接通过新材料服装来充电。