Graphene又称石墨烯或碳单层，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成平面单层，紧密打包成一个二维（2D）蜂窝晶格的材料，并且是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块。它可以被包装成零维（0D）的富勒烯，卷成了一维（1D）的纳米管或堆叠成三维（3D）的石墨。其厚度仅相当于1个碳原子的直径。 Graphene以前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，成功在实验中从石墨中分离出Graphene，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维Graphene材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 Graphene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5,300 W/(m·K)，高于纳米碳管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15,000 cm2/(V·s)，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于它的电阻率极低，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器件或晶体管。Graphene实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控萤幕、光板，甚至是太阳能电池。 Graphene另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。