實際上石墨烯本來就存在于自然界，僅僅難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來便是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上悄悄劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。
    石墨烯在試驗室中是在2004年，其時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的辦法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特別的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最終，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這便是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新辦法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化出產(chǎn)的范疇已為時不遠了。因此，在隨后三年內(nèi), 安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中別離發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學獎。
    在發(fā)現(xiàn)石墨烯曾經(jīng)，大多數(shù)物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震懾了凝集體物理學學術(shù)界。盡管理論和試驗界都認為完美的二維結(jié)構(gòu)無法在非絕對零度穩(wěn)定存在,但是單層石墨烯在試驗中被制備出來。