石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2混成轨域组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子直径，厚度0.335nm，目前是世界上最薄的材料。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奈米材料，强度最高的物质。它的强度比钢铁还要高200倍，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光； 导热系数高达5300 W/m・K，高於奈米碳管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V・s，又比奈米碳管或矽晶体（monocrystalline silicon）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。