單層石墨烯為單一碳原子層所組成的二維平面蜂巢狀石墨，各碳原子之間的sp2共價(jià)鍵造就成世上最薄卻最堅(jiān)硬的材料(斷裂強(qiáng)度約為鋼的200倍)，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3 %的光；熱傳導(dǎo)系數(shù)高達(dá)5300 W/m．K，高于碳納米管和金剛石；電阻率只約0.96×10-6 Ω．cm，低于銅和銀，為目前世上電阻率最小的材料；石墨烯具有相當(dāng)大的比表面積(2630 m2/g)。石墨烯的嶄新特性，是在沒有任何摻雜的情況下，費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶與價(jià)帶間連接的點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)上的電子有效質(zhì)量等于零，載子表現(xiàn)為零質(zhì)量之迪拉克費(fèi)米子，具有極優(yōu)異的載子傳導(dǎo)特性，可承載108A/cm2的電流密度，以及高達(dá)200,000 cm2/V．s的載子遷移率(高于碳納米管和硅晶體)，速度是光速的1/300；在沒有載子傳輸?shù)那闆r下，石墨烯仍有一個(gè)最小的導(dǎo)電率σ=e2/h，石墨烯的電阻值會隨著外加垂值電場的變化而改變，稱為雙極場效應(yīng)；不遵守量子力學(xué)中的波恩-奧本海姆近似,并且能夠在常溫下觀察到的量子霍爾效應(yīng)。它的室溫霍爾效應(yīng)使原有的溫度范圍擴(kuò)大了10倍，顯示了獨(dú)特的載流子特性和優(yōu)異的電學(xué)質(zhì)量。石墨烯獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)還為粒子物理中不易觀察到的相對論量子電動力學(xué)效應(yīng)的驗(yàn)證提供了更為方便的手段。