1.內部結構

  石墨烯中碳原子的排列與石墨單原子層相同，石墨單原子層由SP2雜化軌道結合，具有以下特點：碳原子有四個價電子，其中三個電子生成SP2鍵，即每個碳原子貢獻一個位于PZ軌道的未結合電子，相鄰原子的PZ軌道垂直于平面形成π鍵，新形成的π鍵為半填充。結果表明，石墨烯中碳原子的配位數為3，相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10-10m，鍵間夾角為120°。除了σ，除了蜂窩狀層狀結構，其中鍵與其他碳原子連接成六角形環外，垂直于每個碳原子層平面的PZ軌道可以在整個層中形成多個原子的大π鍵（類似于苯環），因此它具有優異的電學和光學性能。

  2.力學性能

  石墨烯是已知強度高的材料之一。同時它還具有良好的韌性和可彎曲性。石墨烯的理論楊氏模量為1.0tpa，固有抗拉強度為130gpa。經氫等離子體改性的還原石墨烯也具有很好的強度，平均模量可大于0.25tpa。由石墨烯薄片組成的石墨紙有許多孔，所以石墨紙看起來很脆。然而，功能化石石墨烯是通過氧化得到的，那么由功能化石石墨烯制成的石墨紙就會變得非常堅韌。

  3.電子效應

  石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000 cm2/（V·s），是硅的10倍以上，是銻化銦（InSb）的兩倍以上。在某些特定條件下，如低溫，石墨烯的載流子遷移率甚至可以高達250000 cm2/（V·s）。與許多材料不同，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小。在50～500K的溫度范圍內，單層石墨烯的電子遷移率約為15000 cm2/（V·s）。

  此外，通過電場作用改變化學勢，可以觀察到石墨烯中電子載流子和空穴載流子的半整數量子霍爾效應，科學家在室溫下觀察到了石墨烯的這種量子霍爾效應。石墨烯中的載流子具有特殊的量子隧穿效應，當遇到雜質時不會產生后向散射，這是石墨烯具有局域超導電性和高載流子遷移率的原因。石墨烯中的電子和光子沒有靜態質量，它們的速度是一個與動能無關的常數。

  石墨烯是一種零距離半導體，因為它的導帶和價帶在狄拉克點相遇。在狄拉克點的六個位置，動量空間的邊布里淵被分成兩組等價的三重態。相比之下，傳統半導體的要點通常是Γ，動量為零。

  4.熱性能

  石墨烯具有很好的導熱性。純無缺陷單層石墨烯的熱導率高達5300w/MK，是迄今為止高的碳材料，高于單壁碳納米管（3500W/MK）和多壁碳納米管（3000W/MK）。當石墨烯用作載體時，其導熱系數也可以達到600W/MK。[8]此外，石墨烯的彈道導熱系數可以降低碳納米管每單位周長和長度的彈道導熱系數下限。