石墨烯（graphene）是世界上最堅硬的物質，同時也是最薄的一種二維材料，只有一層原子厚度，由碳原子組成。石墨烯在2004年由曼徹斯特大學（University of Manchester）的蓋姆（Andre Geim）和諾瓦索羅夫（Novoselov）所發現，他們在2010年獲得諾貝爾物理學獎。科學家們才剛開始測試石墨烯的潛在用途，以下列舉幾項：
1、控制「智能塵埃」的超級迷你天線
國際知名科技網站Giz Mag的一篇文章稱，微米大小的機器人現在面臨了發展的瓶頸，通訊的關鍵在於控制這些微小機器，但是，問題就在於他們太小了以至於難以控制。
喬治亞理工學院（Georgia Tech）的研究人員發現，石墨烯能被製成超級迷你的天線，其運作功效與傳統材料的大型天線無異，科技距離創造微小機器群又更接近了一點。
2、電腦晶片
一片電腦晶片就包含了數百萬個電晶體，要進行複雜的運算不可缺少它們。科技網站Extreme Tech的文章寫到，石墨烯可讓工程師將數量驚人的電晶體置於晶片上，並且石墨烯的電子傳遞速度比起傳統材料要快上幾千倍。歸功於石墨烯的微小尺寸，如果研究人員有一天能成功的製作出石墨烯奈米帶（graphene nanoribbons），它所能攜帶的電晶體數量，將會是現在電腦晶片上的1萬倍。
柏克萊加州大學的研究人員正在對這方面的工作進行努力。他們尚未能夠確實掌握製作超薄奈米帶的技術——只有10到20個原子的厚度。如果任何一個原子錯位了，就可能讓整條奈米帶失效，但研究人員仍抱持樂觀態度面對。
3、吸收潛在有害波的塗料
石墨烯可以當作汽車或建築物外牆的一層薄塗料，用以阻絕高頻電磁波。石墨烯是一種透明的材質，因此塗在窗戶上也不會有任何問題。研究顯示電磁場對人體健康有負面的影響。石墨烯不會完全阻絕電磁波，但是能吸收部份的電磁波，因此也能提供一些防護作用。
4、太陽能
藉由石墨烯的幫助，太陽能電池的充電效率履創新高。2013年12月，牛津大學的研究人員在《美國化學學會期刊》（American Chemical Society journal）中發表了一份石墨烯塗層的太陽能電池實驗報告。
他們表示，「石墨烯奈米片提供了優越的電荷收集（charge-collection）……這些太陽能電池顯示出的能源轉換效率高達13.6%（先前的紀錄為8.6%），這表示石墨烯／金屬氧化物的奈米複合材料，對開發低成本的太陽能電池，有顯著的潛力貢獻。」
人造石墨烯
正當石墨烯處於研究開展的起飛之際，由盧森堡大學凱列薩奇（Efterpi Kalesaki）博士所帶領的一個由歐洲研究機構組成的團隊，開發了一種應用潛力更高的人造石墨烯。
人造石墨烯與天然石墨烯有同樣的結構，但是人造石墨烯不是由碳原子構成，而是由奈米厚度的半導體晶體組成。這些晶體可以在某種程度上被改變，但碳原子不行。
盧森堡大學發表的一份報告表示，「藉由改變奈米晶體的尺寸、形狀和化學性質，使得為了完成特定任務而量身訂做適合的材料成為可能。」
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