石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因"在二維石墨烯材料的開創性實驗"為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體（monocrystallinesilicon）高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子的移動速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

石墨烯另一個特性，是能夠在常溫下觀察到量子霍爾效應。

石墨烯作為當今最前沿的新材料，被譽為"黑金""新材料之王"。其用途太大，乃至有科學家預言：石墨烯將"改變21世紀"。它厚度是頭發絲的20萬分之一，強度是鋼的200倍，是世界上已知的最輕最薄、最強的材料。

只充電幾分鐘，就可以讓汽車連續開行1000公里。這種技術在西班牙、韓國等地，都接近于實現突破。但這僅僅是石墨烯的神奇應用之一。另外，石墨烯材料如果取代硅，有望讓計算機處理器的運行速度快數百倍；

石墨烯有望引發觸摸屏和顯示器產品的革命，制造出可折疊、伸縮的顯示器件；石墨烯強度超出鋼鐵數十倍，有望被用于制造超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣等。

最近美國加州大學洛杉磯分校的研究人員就開發出一種以石墨烯為基礎的微型超級電容器，該電容器不僅外形小巧，而且充電速度為普通電池的1000倍，可以在數秒內為手機甚至汽車充電，同時可用于制造體積較小的器件。

微型石墨烯超級電容技術突破可以說是給電池帶來了革命性發展。主要制造微型電容器的方法是平板印刷技術，需要投入大量的人力和成本，阻礙了產品的商業應用。而只需要常見的DVD刻錄機，甚至是在家里，利用廉價材料30分鐘就可以在一個光盤上制造100多個微型石墨烯超級電容。

正是看到了石墨烯的應用前景，許多國家紛紛建立石墨烯相關技術研發中心，嘗試使用石墨烯商業化，進而在工業、技術和電子相關領域獲得潛在的應用專利。歐盟委員會將石墨烯作為"未來新興旗艦技術項目"，設立專項研發計劃，未來10年內撥出10億歐元經費。英國政府也投資建立國家石墨烯研究所(NGI)，力圖使這種材料在未來幾十年里可以從實驗室進入生產線和市場。

早在2015年，中國國務院就正式把石墨烯作為新能源列入《中國制造2025》計劃，并投入大量資金研發。截至目前，中國石墨烯的專利總數排名世界第一，遠遠領先于韓國、美國、日本。

改變世界的三項科技，人工智能、基因科學、材料科學，中國現在正逐漸趕超，有望彎道超車，領先世界。

人工智能方面：中國在國際科技論文發表量和發明專利授權量已居世界第二，部分領域核心關鍵技術實現重要突破。語音識別、視覺識別技術世界領先，自適應自主學習等初步具備跨越發展的能力，中文信息處理、工業機器人和無人駕駛等技術逐步進入實際應用。

基因科學方面：12月28日，我國已經啟動"中國十萬人基因組計劃"。這是我國在人類基因組研究領域實施的首個重大國家計劃，也是目前世界上規模最大、推進速度最快的人類基因組計劃：4年內全部完成！

石墨烯方面：目前全球已有超過200個機構和1000多名研究人員從事石墨烯研發，然而中國在石墨烯研發上優勢強大。截至2016年3月，中國石墨烯的專利總數占全世界的56%，排名第一，后面才是韓國、美國、日本。