石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因"在二维石墨烯材料的开创性实验"为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystallinesilicon）高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子的移动速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯作为当今最前沿的新材料，被誉为"黑金""新材料之王"。其用途太大，乃至有科学家预言：石墨烯将"改变21世纪"。它厚度是头发丝的20万分之一，强度是钢的200倍，是世界上已知的最轻最薄、最强的材料。
只充电几分钟，就可以让汽车连续开行1000公里。这种技术在西班牙、韩国等地，都接近于实现突破。但这仅仅是石墨烯的神奇应用之一。另外，石墨烯材料如果取代硅，有望让计算机处理器的运行速度快数百倍；
石墨烯有望引发触摸屏和显示器产品的革命，制造出可折叠、伸缩的显示器件；石墨烯强度超出钢铁数十倍，有望被用于制造超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣等。
最近美国加州大学洛杉矶分校的研究人员就开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍，可以在数秒内为手机甚至汽车充电，同时可用于制造体积较小的器件。
微型石墨烯超级电容技术突破可以说是给电池带来了革命性发展。主要制造微型电容器的方法是平板印刷技术，需要投入大量的人力和成本，阻碍了产品的商业应用。而只需要常见的DVD刻录机，甚至是在家里，利用廉价材料30分钟就可以在一个光盘上制造100多个微型石墨烯超级电容。
正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。欧盟委员会将石墨烯作为"未来新兴旗舰技术项目"，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所(NGI)，力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。
早在2015年，中国国务院就正式把石墨烯作为新能源列入《中国制造2025》计划，并投入大量资金研发。截至目前，中国石墨烯的专利总数排名世界第一，远远领先于韩国、美国、日本。
改变世界的三项科技，人工智能、基因科学、材料科学，中国现在正逐渐赶超，有望弯道超车，领先世界。
人工智能方面：中国在国际科技论文发表量和发明专利授权量已居世界第二，部分领域核心关键技术实现重要突破。语音识别、视觉识别技术世界领先，自适应自主学习等初步具备跨越发展的能力，中文信息处理、工业机器人和无人驾驶等技术逐步进入实际应用。
基因科学方面：12月28日，我国已经启动"中国十万人基因组计划"。这是我国在人类基因组研究领域实施的首个重大国家计划，也是目前世界上规模最大、推进速度最快的人类基因组计划：4年内全部完成！
石墨烯方面：目前全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发，然而中国在石墨烯研发上优势强大。截至2016年3月，中国石墨烯的专利总数占全世界的56%，排名第一，后面才是韩国、美国、日本。
