2004年，Geim等首次用机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。早在70多年以前，物理学家Laudau和Peierls曾断言严格的二维晶体由于热力学不稳定性在室温下是不存在的。不久后，这一理论受到凝聚态物理学家Mermin的支持，并用一组综合性的实验观察对该理论进行了扩展。事实上，薄膜厚度降低的同时，其熔点温度也随之骤降，当薄膜厚度在几十个原子层时，薄膜熔点变得极低，导致其无法在室温下稳定存在。因此二维晶体通常都是通过晶格匹配后外延生长在三维基底上。