新材料可以改變世界。我們談論青銅時代和鐵器時代是有原因的。混凝土、不鏽鋼和矽使現代成為可能。現在，一類由單原子層構成的新材料正在湧現，具有深遠的潛力。這類材料被稱為二維材料，在過去幾年中不斷發展壯大，包括碳（石墨烯）、硼（硼烯）、六方氮化硼（白色石墨烯）、鍺（鍺烯）、矽（矽烯）、磷（磷烯）和錫（錫烯）的晶格狀層。更多二維材料已被證明在理論上是可行的，但尚未合成，例如碳的石墨炔。每種材料都具有令人興奮的特性，各種二維物質可以像樂高積木一樣組合起來，構建更多的新材料。
單層材料的這場革命始於 2004 年，當時兩位科學家使用透明膠帶——這可能是首次使用幼兒園教室裡都能找到的工具完成了諾貝爾獎級別的科學研究——創造了二維石墨烯。石墨烯比鋼鐵更堅硬，比鑽石更硬，比幾乎任何東西都輕，透明、柔韌且是超快速的電導體。它還能抵抗大多數物質，除了水蒸氣，水蒸氣可以自由地穿過其分子網格。
最初比黃金更昂貴的石墨烯，由於生產技術的改進，價格已經大幅下跌。六方氮化硼現在也可商購，並將遵循類似的軌跡。石墨烯已經變得足夠便宜，可以將其加入水過濾器中，這可能會使海水淡化和廢水處理變得更加經濟實惠。隨著成本持續下降，石墨烯可以新增到道路鋪路混合物或混凝土中，以淨化城市空氣，因為除了其其他優勢外，這種材料還能吸收大氣中的一氧化碳和氮氧化物。
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其他二維材料可能會遵循石墨烯的軌跡，隨著成本下降，同時在高容量應用和高價值產品（如電子產品）中找到用途，因為技術專家們正在研究利用其獨特特性的方法。例如，石墨烯已被用於製造可以縫製到服裝中的柔性感測器——或者現在實際上可以使用新型增材製造技術直接將感測器 3D 列印到織物中。當新增到聚合物中時，石墨烯可以產生更堅固但更輕的飛機機翼和腳踏車輪胎。
六方氮化硼已與石墨烯和氮化硼結合使用，以改進鋰離子電池和超級電容器。透過將更多能量裝入更小的體積，這些材料可以縮短充電時間、延長電池壽命並減輕重量和減少從智慧手機到電動汽車等各種裝置的浪費。
每當新材料進入環境時，毒性始終是一個令人擔憂的問題。保持謹慎並密切關注問題是明智的。迄今為止，對石墨烯毒理學進行的十年研究尚未發現任何引起對其健康或環境影響的擔憂。但研究仍在繼續。
二維材料的發明為技術專家創造了一個強大的新工具箱。科學家和工程師們興奮地混合和匹配這些超薄化合物——每種化合物都具有獨特的光學、機械和電氣特性——以生產出為各種功能最佳化的定製材料。與它們相比，作為 20 世紀工業化基礎的鋼鐵和矽顯得笨拙而粗糙。