1.電學性質(zhì)

石墨烯具有獨特的載流子特性。作為零帶隙半導體，石墨烯表現(xiàn)出雙極化電場效應，載流子濃度在電子和空穴之間能夠連續(xù)變化，并可高達10e13/cm2。室溫下的載流子遷移率（μ）可達1.5×10e4cm2/Vs以上。在300K下，μ仍受雜質(zhì)散射的限制，將雜質(zhì)散射減少到最小時，懸浮石墨烯的遷移率超過2×10e5cm2/Vs8。盡管室溫下一些半導體如銻化銦（InSb）表現(xiàn)出高的μ值，約為7.7×10e4cm2/Vs，但這些值是引用于未雜化的塊體半導體。在電學和化學雜化的器件中，石墨烯仍具有高的μ值，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性，在300K時為0.3μm。

石墨烯具有室溫下的半整數(shù)量子霍爾效應（QHE）。由電子和空穴共同參與的基態(tài)（N=0）導致石墨烯具有奇特的QHE，其霍爾電導率的位置出現(xiàn)在±4e2/h(N+1/2)處（其中N是朗道能級指數(shù)），即石墨烯具有半整數(shù)霍爾電導率σxy。Miller等利用掃描隧道顯微鏡（STM）研究了生長于SiC的石墨烯的不連續(xù)性和非等距朗道能級譜圖，包括石墨烯的特征基態(tài)。然而，非相互作用的狄拉克-費米子的圖像更適合于在低能級激發(fā)態(tài)的石墨烯14，強的相互作用和組合效應被預測在狄拉克點附近。最近，研究者們實驗觀察了高質(zhì)量懸浮石墨烯的半整數(shù)QHE行為，并發(fā)現(xiàn)從低溫1.2K和低磁場2T升至溫度20K，磁場12T時半整數(shù)QHE是相當穩(wěn)定的。

2光學性質(zhì)

從基礎(chǔ)科學及技術(shù)的角度出發(fā)，石墨烯的光學性質(zhì)令人期待。大量的實驗研究表明從可見光到紅外光譜范圍內(nèi)，單層石墨烯僅具有2.3%的帶間吸收。僅在遠紅外和紫外光譜內(nèi)觀測到偏離現(xiàn)象。此外，當波長大于2.48μm時，多層石墨烯的吸光率是增加的，石墨烯與光之間有很強的相互作用。

石墨烯具有高導電率及光透射性，在太陽能電池、平板顯示器、觸摸屏和有機發(fā)光二級管等應用領(lǐng)域?qū)蔀橐环N極好的導電電極材料。目前，氧化銦錫（ITO）被廣泛應用于這些領(lǐng)域。ITO具有小于100?/□的薄膜表面電阻率和90%的光透明度，但ITO的缺點是易碎且昂貴。因此，為了取代ITO，亟需通過穩(wěn)定的摻雜來增加大面積多層石墨烯的導電性。最近，文獻報道利用卷對卷技術(shù)，將HNO3化學摻雜于通過化學氣相沉積在銅上生長得到的石墨烯層，其薄膜表面電阻率低至30?/□，光透明度為90%，并被應用于觸摸屏平板器件。

石墨烯除了線性光學性質(zhì)外，它的非線性光學性能也被發(fā)現(xiàn)。石墨烯具有寬的吸收范圍，因此是一個很好的飽和吸收體。盡管缺乏能帶隙，在光電探測器中石墨烯仍能作為有源元件。大量石墨烯光致激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對能夠迅速再結(jié)合，同時產(chǎn)生一個純的光電流。這個效應是石墨烯作為光電探測器的基礎(chǔ)。石墨烯的優(yōu)點包括一系列寬波長范圍的吸收、快速載流子運輸及電子-空穴對具有非常高的遷移率都可應用于光電探測器中。

3.力學性質(zhì)

根據(jù)理論計算，石墨烯是目前已知力學強度最高的材料。利用密度泛函微擾理論計算出石墨烯的彈性模量為1.05TPa。石墨烯裂斷強度是鋼的200倍，并利用原子力顯微鏡（AFM）納米壓痕技術(shù)測量出石墨烯堆垛層的楊氏模量為0.5TPa，彈簧常數(shù)為1-5N/m。利用同樣的方法，Lee等研究了單層無缺陷石墨烯的彈性張力-應變響應，測得剛度為300-400N/m，斷裂強度為42N/m，這是一個無缺陷薄層的固有強度。楊氏模量約為0.5-1.0TPa，這與大量石墨的測試結(jié)果非常接近。盡管，懸浮氧化石墨烯（GO）含有缺陷，但它卻保留了完整的機械性能，楊氏模量約為0.25TPa。這些數(shù)據(jù)結(jié)合相對廉價的薄層石墨及GO易于混合到高分子基體中的優(yōu)點，使石墨烯摻雜成為增強材料機械性能的理想途徑之一。

另一方面，具有高張力的單層石墨烯可作為最終的薄層材料應用于納機電系統(tǒng)（NEMS），如壓力傳感器和共振器等領(lǐng)域。將機械剝落的單層和多層石墨烯固定于SiO2基底的溝槽里來制備基于石墨烯的納米電子機械系統(tǒng)。通過實驗發(fā)現(xiàn)能夠被光或是電引發(fā)的基共振頻率在50-200MHz范圍內(nèi)，室溫下的電荷靈敏度低至8×10-4e/Hz1/2，真空度小于10-6torr的品質(zhì)因子為80。通過非傳統(tǒng)AFM技術(shù)的驅(qū)動振動模式原位成像表明，沉積于石墨烯上的初應力的不均勻性導致了石墨烯邊緣的外在納米尺度振動固有模式的最大振幅。懸浮石墨烯的張力和不可滲透性則為氣體傳感器的應用提供了最有利的原子級厚度的支持膜。

4熱學性質(zhì)

石墨烯是一種熱學性質(zhì)穩(wěn)定的材料，這歸結(jié)于石墨烯在納米尺度上的微觀扭曲。

石墨烯的熱傳導系數(shù)k是由聲子輸運主導的，包括在高溫下的擴散傳導和在低溫下的彈道傳導。由于非摻雜石墨烯的載流密度相對較低，電子對導熱性（維德曼-夫蘭茲定律）的影響可以被忽略。基于Green-Kubo方法的分子動力學模擬表明，當溫度T增加超過100K時，無缺陷石墨烯的熱傳導系數(shù)k與溫度T成反比（k∝1/T）。理論預測，室溫下單層懸浮石墨烯的熱傳導系數(shù)是6000W/mK，并且這個值要遠遠高于宏觀石墨材料的熱傳導系數(shù)。基于Boltzmann方程的理論計算預測，當擴散傳導主導熱傳導系數(shù)k時，k與石墨烯納米帶（GNRs）的寬度d及邊緣的粗糙程度有特定的關(guān)系。此外，人們利用非平衡分子動力學研究了具有不同邊緣形狀的GNRs的k值與長度、寬度和張力的關(guān)系，表明GNRs熱傳導系數(shù)k與自身長度L的指數(shù)成正比（kL∝β），室溫下β在0.3-0.5之間變化。熱傳導系數(shù)與長度L的相關(guān)性表明，GNRs具有非常長的聲子平均自由路程。

最近，Balandin等利用非接觸光流技術(shù)測量拉曼（Raman）光譜中G帶位移的變化來獲得單層懸浮石墨烯片的熱傳導系數(shù)為5×103W/mK。在相對低的激光能量下，石墨烯G帶的紅移與樣品的溫度成線性關(guān)系。利用化學氣相沉積（CVD）生長的石墨烯沉積于孔狀的氮化硅薄膜，熱傳導系數(shù)為2.5×103W/mK（350K下）。Seol等報道沉積于SiO2基底上由微機械剝落得到的石墨烯的熱傳導系數(shù)是0.6×103W/mK，并高于金屬銅的熱傳導系數(shù)，但這個值低于由化學氣相沉積生長得到的懸浮石墨烯的k值，這主要是由于聲子泄漏橫跨石墨烯支撐界面和撓曲模式的強界面散射造成的。