石墨烯性能简介
石墨烯材料的性质和应用
石墨烯材料的性质和应用随着科学技术的不断进步和人类对于未知世界的探索，石墨烯材料作为新型纳米材料，越来越受到人们的重视。
石墨烯材料具有独特的结构和性质，具有广泛的应用前景。
本文将从石墨烯的结构、性质及应用三个方面着眼，介绍石墨烯材料的性质和应用。
一、石墨烯的结构石墨烯材料的基本结构是由一个碳原子单层构成。
这些碳原子排列成六边形晶格，形成一个平面的结构，可以看作是石墨单层。
因此，石墨烯材料也可以被称为石墨单晶片。
石墨烯材料的晶格结构非常特殊，具有较高的表面积和光电性能。
同时，在石墨烯材料的晶格中，每个碳原子都与它周围的三个碳原子形成“三角形”结构，也称为“sp2杂化”。
二、石墨烯的性质1.力学性质石墨烯材料具有很高的强度和硬度，同时也具有弹性和柔韧性。
石墨烯单层的强度比钢还要高200倍，而且非常轻，密度只有钢的1/6。
这使得石墨烯材料具有很高的应用价值。
2.电学性质石墨烯材料具有很高的导电率和电子迁移率，是目前已知的导电材料中最好的之一。
石墨烯材料的电子运动速度可达到约1/300光速，这就使得其可以在电子器件中应用。
同时，石墨烯材料的电子迁移率非常高，可以达到15,000cm²/V·s，远高于硅材料。
3.热学性质石墨烯材料具有很高的热导率，是目前已知的热导率最高的固体之一。
石墨烯材料的热导率达到了5300W/(mK)，也就是说，我们的石墨烯材料可以在高温、高压情况下始终保持稳定的性能，而不会因温度过高而熔化变形。
三、石墨烯的应用1.电子材料领域作为新型纳米材料，石墨烯材料在电子领域拥有广泛的应用前景。
首先，石墨烯材料的高导电性和高迁移率使其成为极佳的导电材料，可以用于制造集成电路和晶体管等器件。
其次，石墨烯材料的高透明度和柔韧性，可以用于制造柔性显示器等设备。
此外，在太阳能材料领域，石墨烯材料的高光电转换效率也具有重要的应用价值。
2.能源材料领域石墨烯材料在能源材料领域也具有广泛的应用前景。
石墨烯的性质及应用
石墨烯的性质及应用石墨烯是一种由碳原子通过共价键结合形成的二维晶体结构，具有一系列独特的性质和应用潜力。
以下将详细介绍石墨烯的性质和应用。
性质：1. 单层结构：石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体结构，在垂直方向上只有一个原子层，具有单层的特点。
2. 高强度：尽管石墨烯只有一个碳原子层，但其强度非常高。
石墨烯的破断强度远远超过钢铁，是已知最强硬的材料之一。
3. 高导电性：石墨烯的碳原子呈现出类似于蜂窝状的排列方式，使得电子能够在其表面自由传导。
石墨烯的电子迁移率是晶体硅的200倍以上，使得其具有非常高的导电性能。
4. 高热导性：由于石墨烯中的碳原子排列紧密，热量传递效率非常高。
石墨烯的热导率超过铜的13000倍，是已知最高的热导材料之一。
5. 弹性：石墨烯具有非常强的弹性，在拉伸过程中可以扩展到原始长度的20%以上，然后恢复到原始形状。
这种弹性使得石墨烯在柔性电子学和拉伸传感器等领域具有广泛应用。
应用：1. 电子器件：石墨烯的高导电性和高迁移率使其成为制造高速电子器件的理想材料。
石墨烯可以作为传统半导体材料的替代品，用于制造更小、更快的电子元件，如晶体管、电容器和电路等。
2. 透明导电膜：石墨烯具有优异的透明导电性能，可以制备成透明导电膜，用于制造触摸屏、显示器和太阳能电池等设备。
相比于传统的氧化铟锡(ITO)薄膜，石墨烯具有更好的柔性和耐久性。
3. 电池材料：石墨烯可以用作锂离子电池的电极材料，具有高电导性和高比表面积的优势。
石墨烯电极可以提高电池的充放电速度和储能密度，有望在电动汽车和可再生能源储存等领域得到应用。
4. 传感器：石墨烯具有优异的电子迁移率和极高的比表面积，使其成为制造高灵敏传感器的理想材料。
石墨烯传感器可以用于检测气体、压力、湿度和生物分子等，具有快速响应和高灵敏度的特点。
5. 柔性电子学：石墨烯的高强度和高弹性使其成为柔性电子学的重要组成部分。
石墨烯可以制备成柔性电路、柔性显示屏和柔性传感器等，有望应用于可穿戴设备、智能医疗和可卷曲设备等领域。
石墨烯的介绍
4. 石墨烯与其他碳元素的区别???
? 在近 2O 年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和 碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米 管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊的片层结构一直
以来是研究的一个热点。石墨本体并非是真正意义的二维材料，单层石墨碳原 子层(Graphene)才是准二维结构的碳材料。石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而 成，而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶 格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六 元环和五元环按照适当顺序排列得到的。
2. 发展简史?
石墨烯出现在实验室中是在 2004 年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学 家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越 来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种 特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄 片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。 这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过 5 年的发展，人们发现，将石墨 烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
13. 取向附生法—晶膜生长 取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在 1 1 5
0 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到 850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表 面，镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可长成完 整的一层石 墨烯。第一层覆盖 8 0 %后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与 钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合， 得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往 厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性。另外 Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
石墨烯技术的应用及前景展望
石墨烯技术的应用及前景展望一、石墨烯简介石墨烯是一种单层厚度为纳米级的碳材料，具有极高的导电性、热导率、机械强度和超轻质量等优异性能。
其结构由一层层的强共价键连接而成的六角形碳原子组成，具有较强的化学稳定性和生物相容性。
自2004年石墨烯首次被制备出来以来，其受到了广泛的研究和关注，由此产生了许多的石墨烯应用技术。
二、石墨烯技术的应用领域1. 电子行业石墨烯作为半导体材料，能够极大地提高电子器件的性能和加工效率。
石墨烯晶体管、石墨烯场效应晶体管、石墨烯超快速电路等将成为未来电子技术的核心组成部分。
2. 光电行业石墨烯具有优异的光电性能，能够制备出高效率的光伏电池、高性能的光电传感器、高亮度、高稳定性的LED灯等，在光电行业具有广阔的应用前景。
3. 材料行业石墨烯具有很高的强度、硬度和韧性，可以被制备成各种复合材料，被广泛应用于建筑、汽车工业等领域。
4. 生物医学石墨烯具有极好的生物相容性和生物稳定性，可以用于生物医学材料的制备和医疗器械的研发。
石墨烯的超薄结构和强烈的光电响应性质可以用于制造生物传感器和绿色荧光剂，并在生物光子学中提供全新的解决方案。
三、石墨烯技术的前景石墨烯技术的广泛应用，将深刻地影响人类现代科技的发展方向。
由于石墨烯具有非常高效的导电性和热导率，可以用于新型节能材料、新型锂电池、高效率的热电材料等。
除此之外，石墨烯还可以被制备成高效的催化剂和光催化剂，能够用于环保、化学工业等众多领域。
石墨烯技术将帮助解决许多现代科技所面临的挑战，具有巨大的市场潜力和发展前景。
与此同时，围绕着石墨烯技术的研究也在不断地推进。
人们正在努力探索其应用范围，开发新的石墨烯制备方法和技术。
石墨烯的可控性、可扩展性以及生产成本的降低也成为了研究重点，这将更有利于石墨烯技术的推广和工业化应用。
总之，石墨烯技术将会在未来的科技发展道路中发挥越来越重要的作用。
石墨烯具有不同于其他材料的独特优异性能，其应用领域将逐渐拓展，未来还将会有更多的惊人应用被发掘出来。
人类目前最强功能材料-石墨烯
实验证明
从铅笔石墨中提取的石墨烯，竟然比钻石还坚硬，强 度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，这项科学发现 刊登于近期的《科学》杂志，作者是两位哥伦比亚大 学的研究生，来自中国的韦小丁和韩裔李琩钴。
Changgu Lee, et al. Graphene Measurement of th Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Science 321, 385 (2008);
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它 将能承受大约两吨重的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。
三、石墨烯特性 ： 电子运输 在发现石墨烯以前，大多数（如果不是所有的话）物理学 家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。 所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。虽然理论和实验界 都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层 石墨烯在实验中被制备出来。这些可能归结于石墨烯在纳米级 别上的微观扭曲。 石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔行为。其霍尔电导 =2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 为量子电导的奇数倍， 且可以在室温下观测到。这个行为已被科学家解释为“电子在 石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。
石墨烯的力学性能与弹性模量
石墨烯的力学性能与弹性模量石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体，具有独特的力学性能和弹性模量。
在这篇文章中，我们将探讨石墨烯的力学性能以及它的弹性模量。
1. 石墨烯的力学性能石墨烯的力学性能是指它在受力作用下的表现和响应。
由于石墨烯是一种二维晶体，具有很高的结晶度和较长的晶体间距，使得它具有出色的力学性能。
首先，石墨烯具有极高的拉伸强度。
实验证明，石墨烯的拉伸强度可以达到130 GPa以上，远超过钢铁的强度。
这意味着石墨烯在受到拉伸力时，能够承受非常大的应力而不发生断裂。
其次，石墨烯具有很高的弯曲强度。
当施加弯曲力时，石墨烯仍然能够保持稳定的结构并继续承载力量。
这种弯曲强度使得石墨烯在纳米器件和柔性电子领域具有广泛的应用前景。
此外，石墨烯还具有优异的刚度和硬度。
刚度是指材料在受力后的变形程度，硬度则是指材料抵抗压力的能力。
石墨烯的刚度和硬度都非常高，能够抵抗外部的变形和压力，保持其结构的完整性。
2. 石墨烯的弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗形变的能力。
对于石墨烯而言，由于其特殊的结构和化学键，它的弹性模量非常高。
石墨烯的弹性模量可以通过实验测得。
通过拉伸或压缩等操作，可以得到石墨烯在不同应力条件下的应变情况。
通过绘制应力-应变曲线，并分析其线性部分的斜率，就可以得到石墨烯的弹性模量。
实验证明，石墨烯的弹性模量可以达到1 TPa（万亿帕斯卡），远远高于其他材料如钢铁和硅。
这种高弹性模量使得石墨烯在微纳电子领域具有重要的应用价值，例如作为传感器和晶体管的材料。
3. 石墨烯的局限性虽然石墨烯具有卓越的力学性能和弹性模量，但它也存在一些局限性。
首先，石墨烯是一种二维材料，相对容易发生弯曲和屈曲。
这可能会对其在实际应用中的稳定性带来挑战。
因此，在设计和制备石墨烯纳米器件时，需要考虑其结构的稳定性和可控性。
其次，石墨烯的制备过程较为复杂，并且目前仍存在规模化制备的难题。
这限制了石墨烯在实际应用中的推广和商业化。
石墨烯在航空航天领域的特性及应用
石墨烯在航空航天领域的特性及应用石墨烯的特性石墨烯是由碳原子形成的单层蜂窝状结构，具有许多独特的特性，使其在航空航天领域具有重要的应用价值。
1. 超高强度：石墨烯的强度是钢的200倍以上，比同等重量的其他材料强度更高。
这使得石墨烯可以用于制造轻量化的航空航天材料，提高飞行器的载荷能力和减轻重量。
超高强度：石墨烯的强度是钢的200倍以上，比同等重量的其他材料强度更高。
这使得石墨烯可以用于制造轻量化的航空航天材料，提高飞行器的载荷能力和减轻重量。
2. 超高导热性：石墨烯的热导率非常高，比铜还要高出10倍。
这种特性使其在航天器的散热系统中具有重要的应用潜力，可以有效地散发热量，保持设备的正常运行温度。
超高导热性：石墨烯的热导率非常高，比铜还要高出10倍。
这种特性使其在航天器的散热系统中具有重要的应用潜力，可以有效地散发热量，保持设备的正常运行温度。
3. 超高电导性：石墨烯是一种理想的电导体，电流在其表面流动的速度极快。
它可以应用于航天器的电子元件、导线和电池等方面，提高设备的电子性能和工作效率。
超高电导性：石墨烯是一种理想的电导体，电流在其表面流动的速度极快。
它可以应用于航天器的电子元件、导线和电池等方面，提高设备的电子性能和工作效率。
4. 超高透明性：石墨烯是一种透明的材料，可以在可见光和红外光范围内有很高的透射率。
这使得石墨烯有望应用于航天器的窗户和光学器件中，提供更好的观察和传感性能。
超高透明性：石墨烯是一种透明的材料，可以在可见光和红外光范围内有很高的透射率。
这使得石墨烯有望应用于航天器的窗户和光学器件中，提供更好的观察和传感性能。
石墨烯在航空航天领域的应用石墨烯的独特特性使其应用于航空航天领域具有巨大的潜力。
以下是石墨烯在航空航天领域中的一些典型应用：1. 增强材料：石墨烯可以与传统的航空航天材料结合，形成复合材料，例如石墨烯增强的聚合物复合材料。
这样的复合材料具有非常高的机械强度和耐热性能，可以用于制造航天器中的结构组件，如机身、机翼和卫星外壳等。
石墨烯橡胶复合材料的性能
石墨烯橡胶复合材料的性能一、机械性能石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa，为目前最硬、强度最高的材料；此外，它还拥有超高的比表面积（约为2630m2/g），比传统石墨高100～500倍，石墨烯的径厚比约为400，比炭黑的高40～80倍，添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能，这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。
Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM 橡胶中制备出了纳米复合材料。
当GNPs填量为26.7%（体积分数）时，复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。
Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶（SR）/氧化石墨烯纳米复合材料。
结果表明：GO片能够均匀地分散在SR基体中，同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。
同时还发现，将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。
二、疲劳性能橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时，常处于周期动态负载状态，而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。
因此，为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命，改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。
Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。
累计损伤可用耗散的能量LDE（Loading path Disspated Energy）来表示，LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。
研究表明，随着GNPs填量增多，体系中GNPs总表面积增大，GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强，结果循环过程中复合材料的能量耗散增多，滞后效应更明显，损伤速率加快；且随着循环次数增多，GNPs的结构发生破坏；在经历初次十个疲劳循环后，纳米复合材料的LDE 速率增大到了临界值，此后随着循环次数增大，累积损伤速率变化很小，纳米复合材料的损伤耗散能量降低。
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第一章石墨烯性能及相关概念
1 石墨烯概念
石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子。
但实际上，10层以内的石墨结构也可称作石墨烯，而10层以上的则被称为石墨薄膜。
单层石墨烯是指只有一个碳原子层厚度的石墨，碳原子-碳原子之间依靠共价键相连接而形成蜂窝状结构。
完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102 m2 /g。
石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m•K))和力学性能(1.06×103 GPa)。
此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104 cm2 / (V·s)。
石墨烯特殊的结构、突出的导热导电性能和力学性能，引起科学界巨大兴趣，成为材料科学研究热点。
石墨烯结构图
2 石墨烯结构
石墨烯指仅有一个原子尺度厚单层石墨层片，由sp2 杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构。
石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm。
每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。
垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。
石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。
在单层石墨烯中，每个碳原子通过sp2 杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。
单层石墨烯厚度仅0.35nm ，约为头发丝直径的二十万分之一。
石墨烯的结构非常稳定，碳原子之间连接及其柔韧。
受到外力时，碳原子面会发生弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，从而保证了自身的结构稳定性。
石墨烯是有限结构，能够以纳米级条带形式存在。
纳米条带中电荷横向移动时会在中性点附近产生一个能量势垒，势垒随条带宽度的减小而增大。
因此，通过控制石墨烯条带的宽度便可以进一步得到需要的势垒。
这一特性是开发以石墨烯为基础的电子器件的基础。
石墨烯能带结构图
3 石墨烯性能
石墨烯是一种超轻材料，面密度为0.77mg/m2，的主要性能是：一是具有超强的导电性。
石墨烯的电子迁移率比纳米碳管或硅晶体高，是硅的100倍，在室温下可以达到15 000cm2 /( V·s) 。
电阻率比铝、铜和银低很多，只有10 ～6Ω·cm 左右。
二是具有超强的导热性。
石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数10倍，导热系数高达5300W/m•K。
三是具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。
四是具有超强的透光性。
石墨烯的吸光率非常小，透光率高达97. 7%。
五是具有超强的比表面积。
石墨烯的比表面积每克比普通活性炭高出1130m2，达到2630m2 /g。
3.1 石墨烯的光学性能
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有优异的光学性能。
理论和实验结果表明，单层石墨烯吸收2.3%的可见光，即透过率为97.7%。
从基底到单层石墨烯、双层石墨烯的可见光透射率依次相差2.3%，因此可以根据石墨烯薄膜的可见光透射率来估算其层数。
结合非交互狄拉克-费米子理论，模拟石墨烯的透射率，可以得出与实验数据相符的结果。
根据折射和干涉原理，不同层数的石墨烯在光学显微镜下会显示出不同的颜色和对比度，为石墨烯层数的辨别提供了方便。
理论和实验表明大面积石墨烯薄膜同样具有优异的光学性能，且其光学特性岁石墨烯的厚度发生变化。
石墨烯薄膜是一种典型的透明导电薄膜，可以取代氧化铟锡（ITO）、掺氟氧化铟（FTO）等传统薄膜材料，即可克服ITO薄膜的脆性缺点，也可解决铟资源稀缺对应用的限制等诸多问题。
石墨烯透明导电薄膜可作为染料敏化太阳能电池和液晶设备的窗口层电极。
另外，当入射光的强度超过某一临界值时，石墨烯对其的吸收会达到饱和。
这一非线性光学行为成为饱和吸收。
在近红外光谱区，在强光辐照下，由于其宽波段吸收和零带隙的特点，石墨烯会慢慢接近饱和吸收。
利用这一性质，石墨烯可用于超快速光子学，如光纤激光器等。
3.2 石墨烯的电学性能
石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。
由于原子间作用力非常强，
在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子收到的干扰也很小。
电子在石墨烯中传输时不易发生散射，传输效率1.5×105cm2/( V·s)，约为硅中电子迁移率的140倍。
其电导率可达106s/m，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。
人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。
在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。
由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
3.3 石墨烯的力学性能
石墨烯是一直材料中强度和硬度最高的晶体结构。
其抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。
石墨烯的强度极限为42N/m2。
理想石墨烯的强度约为普通钢的100倍，面积为1m2的石墨烯层片可承受4kg的质量。
石墨烯可作为一种典型的二维增强材料，在复合材料领域具有潜在的应用价值。
3.4 石墨烯的热学性能
石墨烯的强度比金刚石还要硬，在高温下，还能保持其原有的形态，从这一点就震撼了物理界，主要是因为石墨烯内碳原子排列是有规有律的，当施加外力作用于石墨烯时，内部的碳原子不会发生位移，只是发生了弯曲变形，就可以抵制外力，保证自己的稳定性。
石墨烯的室温热导率是室温下铜的热导率的10倍多，导热系数高5300W/m•K，高于碳纳米管和金刚石。
石墨烯的理论比表面积可达2630m2/g，用石墨烯支撑的微传感器可以感应单个原子或分子，当气体附着或脱离石墨烯表面时，吸附的分子改变了石墨烯的局部载流子浓度，导致电阻发生阶跃型变化。
这一特性可用于制作气体传感器。
理论计算表明，石墨烯与锂可形成多孔复合结构，具有极强的氢气储存能力。
3.5 石墨烯的磁学性能
石墨烯氢化以后往往会具有铁磁性，主要是由于石墨烯在氢化以后，在边缘处有孤对电子对，这样就使得石墨烯有磁性。
研究人员还在有磁场的情况下，做过通过改变温度，看能否让石墨烯的磁性有所变化。
确定磁场强度为1T，当温度T＜90K 时，石墨烯会表现出顺磁特性；当温度T＞90K 时，石墨烯会呈现出了反磁特性。
3.6 石墨烯的化学性能
石墨烯的电子性质受到了广泛关注，然而石墨烯的化学性质却一直无人问津，至今关于石墨烯化学性能我们只知道的是：石墨烯可以将周围的
原子和分子进行有序的吸附（例如：二氧化氮，氨，钾），这条性质和我们所认知的活性炭有些相似。
二氧化氮，氨，钾往往是被作为给体或受体，使得石墨烯内部的碳原子浓度发生变化，然而石墨烯本身就是一种导电材料。
其它的吸附物，如氢离子和氢氧根离子则会产生导电性很差的衍生物，但这些都不是新的化合物，只是石墨烯装饰不同吸附物而已。
由于石墨烯和石墨都是碳的同素异形体，从化学的角度上来看，往往它们具有一些相同的性质，所以在一些石墨烯不熟悉的领域可以通过石墨来进行相应的实验，来发现石墨烯的规律，有了这条比较简单又方便的思想，在未来，石墨烯更多的化学性质将会被挖掘出来。
石墨烯的光学、电学、力学以及热学特性示意图。