石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子直徑，厚度0.335nm，目前是世界上最薄的材料。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奈米材料，強度最高的物質。它的強度比鋼鐵還要高200倍，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光； 導熱系數高達5300 W/m·K，高於奈米碳管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000 cm2/V·s，又比奈米碳管或矽晶體（monocrystalline silicon）高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。