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石墨烯的结构
石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层，是构建其他维数碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。当石墨烯晶格中有五元环晶格存在时，石墨烯片层产生翅曲，有 12 个以上五元环晶格存在时会形成零维的富勒烯；当石墨烯以其面上的一点为周卷曲一圈时，就会卷成无缝的一维碳纳米管；当石墨烯六角网面之间通过 π 电子相互作用就会堆垛成三维的石墨。石墨烯独特的电子结构决定了其优异的电子学性能.
石墨烯的性能及应用
石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。可用来制造透明触控屏幕、光板等。
石墨烯具有稳定的晶格结构，具有非常好的导热性能，禁带宽度几乎为零，远高于金刚石和碳纳米管的热导率。与普通金属材料热胀冷缩的性质不同，石墨烯的热导率随温度的升高而降低。
石墨烯也具有优异的力学性能，是目前世界上已知材料中最薄也是最坚硬的纳米材料，超出钢铁数十倍的强度。
石墨烯的电阻率比金属铜或银低很多，是目前所有已知材料中在室温下具有最低电阻的材料，石墨烯的导电密度是铜的 100 万倍，是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯这种优异的导电性能将会在微电子领域发挥巨大的潜力，研究人员把石墨烯看作是硅的替代品，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,未来将应用于超级计算机的生产。在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星。
在生物材料中的应用
石墨烯类材料在生物领域有着多方面的应用，其中氧化石墨烯可以制成纳米抗菌材料，抗菌性源于其对大肠杆菌细胞膜的破坏。由于石墨烯还具有毒性低、比表面积大等优异性能，在药物载体方面蕴含着潜在的应用价值。使 用 PEG 包 裹 荧 光 标 签 的 纳 米 石 墨 烯 片（nanographene sheets，NGS）在活体内异种皮肤肿瘤移植荧光成像中表现出了高肿瘤摄取率，这表明石墨烯在肿瘤治疗方面具有很大的潜力。石墨烯作为载体的复合物在模拟天然酶方面也具有很大的应用，
在催化材料中的应用
石墨烯复合催化材料具有高的稳定性和油溶性，因此在催化领域的用途日益显现。
在储能材料中的应用
石墨烯类材料的出现将在储能中得到广泛的应用。石墨烯具有特殊的二维柔性结构，在制作高能、柔韧和微型超级电容器等方面有很大的潜力。将 MnO2纳米片与石墨烯混合制成柔性平面超级电容器，这种平面结构不仅引入更多的电化学表面吸附/解析电解液离子，而且提供更多的界面用于充放电过程中电荷的传输。其电化学比容量可达到233F/g，7000 次充放电循环后仍可保持 92％的容量。
石墨烯还将在其他领域发挥巨大的效能，如作太空电梯缆线、高频电路、代替硅用于生产超级计算机、用于光子传感器、纳电子器件等；石墨烯在增强复合材料方面体现了优异的性能，超越了碳纳米管，可用于制造风力涡轮机和飞机机翼的增强复合材料。此外，石墨烯可用作吸附剂、催化剂载体、热传输媒体等，石墨烯的结构特殊、性能优异使得其具有广泛的应用前景
