在化學(xué)元素周期表中，碳的位置并不特殊，但它卻是和人類關(guān)系Z密切、是人類Z早接觸和使用的化學(xué)元素。木炭可能是人類Z早使用的碳材料。生活在遠(yuǎn)古時(shí)代的人們不僅用木炭生火取暖，而且還用木炭在巖壁上作畫(huà)，甚至美容。盡管人們使用碳材料的歷史已經(jīng)漫長(zhǎng)得難以考究，但對(duì)碳材料家族中究竟有哪些成員仍然不敢說(shuō)全然了解。富勒烯、碳納米管、石墨烯，這些都是近幾十年來(lái)碳材料家族中才出現(xiàn)的“新”面孔。

然而，它們?cè)诘厍蛏弦苍S已經(jīng)存在了上百萬(wàn)年。茫茫的林海中，升起了一股裊裊的青煙，那是遠(yuǎn)古的人們正在烤制他們的美食。漫漫的寒夜里，閃耀著幾點(diǎn)溫暖的火光，那是原始人在巖洞里圍著篝火跳舞，偶爾會(huì)有天才的藝術(shù)家在巖壁上用木炭留下他們深沉的思考。沒(méi)有人會(huì)懷疑，那些青煙中、火光中，那些巖壁上的炭畫(huà)中，一定會(huì)有數(shù)量可觀的富勒烯、碳納米管和石墨烯。不管怎么說(shuō)，石墨烯是2004年才被現(xiàn)代的人們所關(guān)注。

黑龍江石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm2/（V·s），這一數(shù)值超過(guò)了硅材料的10倍，是已知載流子遷移率Z高的物質(zhì)銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下，石墨烯的載流子遷移率甚至可高達(dá)250000cm2/（V·s）。與很多材料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm2/（V·s）左右。

另外，石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)可以通過(guò)電場(chǎng)作用改變化學(xué)勢(shì)而被觀察到，而科學(xué)家在室溫條件下就觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。

石墨烯中的載流子遵循一種特殊的量子隧道效應(yīng)，在碰到雜質(zhì)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生背散射，這是石墨烯局域超強(qiáng)導(dǎo)電性以及很高的載流子遷移率的原因。石墨烯中的電子和光子均沒(méi)有靜止質(zhì)量，他們的速度是和動(dòng)能沒(méi)有關(guān)系的常數(shù)。

石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體，因?yàn)樗膫鲗?dǎo)和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相遇。在狄拉克點(diǎn)的六個(gè)位置動(dòng)量空間的邊緣布里淵區(qū)分為兩組等效的三份。相比之下，傳統(tǒng)半導(dǎo)體的主要點(diǎn)通常為Γ，動(dòng)量為零。