?石墨烯內(nèi)部碳原子的排列方法與石墨單原子層一樣以sp雜化軌跡成鍵,，并有如下的特色:碳原子有4個(gè)價(jià)電子,，其間3個(gè)電子生成sp鍵,，即每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)一個(gè)位于pz軌跡上的未成鍵電子,，近鄰原子的pz軌跡與平面成垂直方向可構(gòu)成π鍵,，新構(gòu)成的π鍵呈半填滿狀況,。研討證實(shí),，石墨烯中碳原子的配位數(shù)為3,，每兩個(gè)相鄰碳原子間的鍵長為1.42×10米，鍵與鍵之間的夾角為120,。除了σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環(huán)的蜂窩式層狀結(jié)構(gòu)外,，每個(gè)碳原子的垂直于層平面的pz軌跡能夠構(gòu)成貫穿全層的多原子的大π鍵(與苯環(huán)相似)，因此具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能,。
       石墨烯是已知強(qiáng)度最高的資料之一,，同時(shí)還具有很好的韌性，且能夠曲折,，石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa,，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa,。而使用氫等離子改性的復(fù)原石墨烯也具有十分好的強(qiáng)度，平均模量可大0.25TPa,。 由石墨烯薄片組成的石墨紙具有許多的孔,，因此石墨紙顯得很脆，然而,，經(jīng)氧化得到功能化石墨烯,，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅(jiān)固強(qiáng)韌。
       石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s),，這一數(shù)值超越了硅資料的10倍,，是已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦(InSb)的兩倍以上。在某些特定條件下如低溫下,，石墨烯的載流子遷移率乃至可高達(dá)250000cm/(V·s),。與許多資料不一樣，石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小,，50~500K之間的任何溫度下,，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm/(V·s)左右。
       別的,，石墨烯中電子載體和空穴載流子的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)能夠經(jīng)過電場效果改動化學(xué)勢而被調(diào)查到,，而科學(xué)家在室溫條件下就調(diào)查到了石墨烯的這種量子霍爾效應(yīng)。 石墨烯中的載流子遵從一種特別的量子隧道效應(yīng),，在碰到雜質(zhì)時(shí)不會產(chǎn)生背散射,，這是石墨烯局域超強(qiáng)導(dǎo)電性以及很高的載流子遷移率的原因。石墨烯中的電子和光子均沒有靜止質(zhì)量,，他們的速度是和動能沒有關(guān)系的常數(shù),。
       石墨烯是一種零距離半導(dǎo)體，因?yàn)樗膫鲗?dǎo)和價(jià)帶在狄拉克點(diǎn)相遇,。在狄拉克點(diǎn)的六個(gè)方位動量空間的邊際布里淵區(qū)分為兩組等效的三份,。相比之下，傳統(tǒng)半導(dǎo)體的主要點(diǎn)一般為Γ,，動量為零,。
       石墨烯具有十分好的熱傳導(dǎo)性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/mK,，是停止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳資料,，高于單壁碳納米管(3500W/mK)和多壁碳納米管(3000W/mK)。當(dāng)它作為載體時(shí),，導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)600W/mK,。此外，石墨烯的彈道熱導(dǎo)率能夠使單位圓周和長度的碳納米管的彈道熱導(dǎo)率的下限下移,。
       石墨烯具有十分杰出的光學(xué)特性,，在較寬波長范圍內(nèi)吸收率約為2.3%,，看上去幾乎是通明的。在幾層石墨烯厚度范圍內(nèi),，厚度每增加一層,，吸收率增加2.3%。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優(yōu)異的光學(xué)特性,，且其光學(xué)特性隨石墨烯厚度的改動而發(fā)生變化,。這是單層石墨烯所具有的不尋常低能電子結(jié)構(gòu)。室溫下對雙柵極雙層石墨烯場效應(yīng)晶體管施加電壓,，石墨烯的帶隙可在0~0.25eV間調(diào)整,。施加磁場，石墨烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)可調(diào)諧至太赫茲范圍,。
       當(dāng)入射光的強(qiáng)度超越某一臨界值時(shí),，石墨烯對其的吸收會達(dá)到飽滿。這些特性能夠使得石墨烯能夠用來做被迫鎖模激光器,。 這種獨(dú)特的吸收或許成為飽滿時(shí)輸入光強(qiáng)超越一個(gè)閾值,，這稱為飽滿影響，石墨烯可飽滿容易下可見強(qiáng)有力的鼓勵(lì)近紅外地區(qū),，因?yàn)榕e世光學(xué)吸收和零帶隙,。因?yàn)檫@種特別性質(zhì)，石墨烯具有廣泛應(yīng)用在超快光子學(xué),。石墨烯/氧化石墨烯層的光學(xué)響應(yīng)能夠調(diào)諧電,。 更密布的激光照明下，石墨烯或許具有一個(gè)非線性相移的光學(xué)非線性克爾效應(yīng),。
       溶解性:在非極性溶劑中表現(xiàn)出杰出的溶解性 ,，具有超疏水性和超親油性。
       熔點(diǎn):科學(xué)家在2015年的研討中表示約4125K ,，有其他研討表明熔點(diǎn)或許在5000K左右,。
       其他性質(zhì):能夠吸贊同脫附各種原子和分子。