石墨烯（Graphene）是一种从石墨材料中剥离出来、由单层碳原子构成的六角形蜂巢晶格的平面二维碳材料。实际上，石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。曾经，物理学家普遍认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在，石墨烯不过是一种假设性结构。受此理论影响、科学家们对从石墨中分享出单层独立存在的石墨烯持悲观态度。2004年，英国曼彻斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫的研究改变了人们的认知。他们发现了一种得到石墨薄片的简单方法——从高定向热解石墨中剥离出石墨片，将薄片的两面粘在一种特殊胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二，不断重复这样的操作，最后就得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。该方法及单层石墨烯的获取震撼了凝聚体物理学界。随后三年内，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，这为石墨烯的工业化生产进一步铺垫了理论和方法道路，两人也因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
因具备极强的稳定性、导电性、导热性和机械承受力，石墨烯是目前为止最理想的二维纳材料，被誉为“新材料之王”。在美国，2011年，IBM公司向媒体展示了其运行速度最快的石墨烯晶体管，为石墨烯芯片的商业化生产提供了方向，从而使之应用于无线通信、网络、雷达和影像等多个领域；2012年，Nanotek仪器公司开发出一种新型储能设备，可以将电动汽车的充电时间从过去的数小时缩短至不到一分钟。在中国，2014年，山西煤化所系统地研究了氧化石墨烯薄膜在炭化过程中的导热性能演变机制，并获得高性能热还原氧化石墨烯薄膜，它能够满足LED照明、计算机、卫星电路、激光武器、手持终端设备等高功率、高集成度系统的散热需求；2015年，全球首批3万部石墨烯手机在重庆发布，该手机采用了最新研制的石墨烯触摸屏、电池和导热膜。在日本，2016年，日本东北大学与西班牙阿利坎特大学等组成的研究小组宣布开发出了石墨烯中孔海绵体（GMS）。这项研究解决了二维片状石墨烯结构在制成同样的多孔体时，同于会形成小断片状的构造面而产生的导电率下降的问题，还解决了大量石墨烯端部（边缘）容易腐蚀的问题，该研究成果有望构筑基于新原理的能量转换元器件。
2015年11月，某公司发布手机新品，宣称采用全新的石墨烯电池，其快充技术5分钟即可将3000mAh电池的电量充至48%。但是，有研究报告称，该手机采用的是改良的聚合物技术，并未直接使用石墨烯材料，发布新手机的公司对此也表示了认可。北京有色金属研究院的刘工程师认为，“即使电极材料中添加了石墨烯材料也不能就简单定义为石墨烯电池。现在关于石墨烯电池的新闻报道都仅限于一些皮毛，没有电池的结构和反应机理示意图，也缺乏能量密度、电压、循环寿命等具体技术参数。对于电池工业说来，没有这些信息，报道缺乏最基本的可信度，虚假夸大宣传的可能性极大。”刘工程师称：“石墨烯成本过高，本身具有纳米材料的高比表面积等性质与现在锂离子电池工业技术体系不兼容，这使得‘石墨烯电池’这个技术接近于不存在，其噱头意义远大于实用价值。”业内人士指出，制备技术难题是阻碍石墨烯实现其潜在价值的最大“拦路虎”。曼彻斯特大学的教授们首次提取出的石墨烯，是直接从石墨中剥离的，这种原始方法不可能用于大规模工业生产。此后，人们虽然通过化学气相沉积法、溶剂剥离法、液相氧化还原法等多种手段制备出了石墨烯，却在质量、成本、产率等方面各有劣势，无法实现批量生产，科学家们还在继续探寻真正适用于产业化生产的制备工艺。尽管众多上市公司纷纷涉足石墨烯领域，但真正的高端技术仍停留在实验室内，而多次被拿来炒作的“石墨烯电池”，更是被一些业内专家称为“弥天大谎”。不过，在清华大学材料学院的朱教授看来，说技术完全不存在的观点也过于绝对，“随着技术和工艺成熟，未来通过石墨烯提升电池性能是可以实现的”。中国石墨烯联盟秘书长表示，石墨烯概念股股份已经开始透支部分预期，但他依然相信随着产业化进程的加快，概念也可能变为现实。
二维石墨烯的主要特性及其相应可能的商业开发有：
A.具有极强的导电性，可开发新型储能设备
B.具有极强的导热性，可开发高性能散热材料
C.具有极强的稳定性，可用于开发石墨烯多孔海绵体
D.具有极强的机械承受力，可用于制作耐腐蚀的能量转换元器件