新材料可以改变世界。我们谈论青铜时代和铁器时代是有原因的。混凝土、不锈钢和硅使现代成为可能。现在，一类由单原子层构成的新材料正在涌现，具有深远的潜力。这类材料被称为二维材料，在过去几年中不断发展壮大，包括碳（石墨烯）、硼（硼烯）、六方氮化硼（白色石墨烯）、锗（锗烯）、硅（硅烯）、磷（磷烯）和锡（锡烯）的晶格状层。更多二维材料已被证明在理论上是可行的，但尚未合成，例如碳的石墨炔。每种材料都具有令人兴奋的特性，各种二维物质可以像乐高积木一样组合起来，构建更多的新材料。
单层材料的这场革命始于 2004 年，当时两位科学家使用透明胶带——这可能是首次使用幼儿园教室里都能找到的工具完成了诺贝尔奖级别的科学研究——创造了二维石墨烯。石墨烯比钢铁更坚硬，比钻石更硬，比几乎任何东西都轻，透明、柔韧且是超快速的电导体。它还能抵抗大多数物质，除了水蒸气，水蒸气可以自由地穿过其分子网格。
最初比黄金更昂贵的石墨烯，由于生产技术的改进，价格已经大幅下跌。六方氮化硼现在也可商购，并将遵循类似的轨迹。石墨烯已经变得足够便宜，可以将其加入水过滤器中，这可能会使海水淡化和废水处理变得更加经济实惠。随着成本持续下降，石墨烯可以添加到道路铺路混合物或混凝土中，以净化城市空气，因为除了其其他优势外，这种材料还能吸收大气中的一氧化碳和氮氧化物。
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其他二维材料可能会遵循石墨烯的轨迹，随着成本下降，同时在高容量应用和高价值产品（如电子产品）中找到用途，因为技术专家们正在研究利用其独特特性的方法。例如，石墨烯已被用于制造可以缝制到服装中的柔性传感器——或者现在实际上可以使用新型增材制造技术直接将传感器 3D 打印到织物中。当添加到聚合物中时，石墨烯可以产生更坚固但更轻的飞机机翼和自行车轮胎。
六方氮化硼已与石墨烯和氮化硼结合使用，以改进锂离子电池和超级电容器。通过将更多能量装入更小的体积，这些材料可以缩短充电时间、延长电池寿命并减轻重量和减少从智能手机到电动汽车等各种设备的浪费。
每当新材料进入环境时，毒性始终是一个令人担忧的问题。保持谨慎并密切关注问题是明智的。迄今为止，对石墨烯毒理学进行的十年研究尚未发现任何引起对其健康或环境影响的担忧。但研究仍在继续。
二维材料的发明为技术专家创造了一个强大的新工具箱。科学家和工程师们兴奋地混合和匹配这些超薄化合物——每种化合物都具有独特的光学、机械和电气特性——以生产出为各种功能优化的定制材料。与它们相比，作为 20 世纪工业化基础的钢铁和硅显得笨拙而粗糙。