单层石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有理想的二维晶体结构，

单层石墨烯由六边形晶格组成。碳原子与碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。它是目前发现的最薄的材料之一，且有优异的导电性、热导性和机械强度等。

单层石墨烯的主要应用包括:

1.电极，半导体器件: 单层石墨烯能够带来高电子迁移率和短通道效应，这使得它在半导体器件的制造中有很高的潜力。石墨烯的透明性和导电性也使其在透明电极领域应用相对广泛，如可用于手机触摸屏、液晶显示器、有机发光二极管等元件。

2.传感器:石墨烯独特的能带结构具有优异的电学性质，其原子裸露在表面上，电子态很容易受到外界信号的改变而改变，从而导致电学性质的变化。如可用于制备纳米传感器、光学器件和太阳电池等。石墨烯制成的电化学生物传感器在医学上检测多巴胺、葡萄糖等具有良好的灵敏性。

3.能源储存:石墨烯在能源领域的应用表现为能源存储和转换上。石墨烯具有极高的比表面积，能够允许更大的能量容量，因此可用于电池、超级电容器等能源储存设备。利用三维石墨烯可以改善石墨烯电极的性能，进一步提高储能效率。

4. 单层石墨烯也可应用在DNA测序、三维石墨烯口罩、航空航天材料等领域

例如，石墨烯DNA测序的原理是将基于石墨烯的电子传感器与纳米孔结合使用，实现实时、高通量的单分子测序。

三维石墨烯口罩则具有高的过滤效率，能催化分解有毒有害气体并杀菌除臭。