خواص گرافن
با نگاهی به خواص فیزیکی اندازه گیری و پیش بینی شده برای گرافن، می توان به دلیل نامگذاری گرافن تحت عنوان “ماده شگفت انگیز” پی برد. به عنوان یک تک لایه از اتم های کربن، گرافن نازک ترین ماده شناخته شده، نسبت به گازها نفوذ ناپذیر و مستحکم تر از فولاد است (مدول یانگ حدود یک ترا پاسگال). علاوه براین، هدایت حرارتی گرافن در دمای اتاق (تا حدود Wm-1K-1 5000) با مقادیر بدست آمده برای دسته های نانولوله کربنی برابری می کند و بیش از دو برابر بهترین هادی حرارتی بعدی یعنی الماس است. بدلیل تک لایه بودن، گرافن مساحت سطح بسیار بالایی با مقدار تئوری
m2g-1 2630 داشته و با جذب تنها در حدود 3/2 درصد از نور سفید تقریبا شفاف است. گرافن همچنین قابلیت خم پذیری خوبی از خود نشان داده است و خواص الکتریکی خود را پس از خم و صاف شدن بازیابی می کند.
شاید خواص الکترونیکی بیشترین توجه را جلب کرده باشد. گرافن تحرک حامل های بار بسیار بالایی با مقادیری بیش از cm2 V-1 s-1 200000 برای گرافن معلق آزاد از خود نشان می دهد که آنرا به یک هادی الکتریکی عالی بدل می کند. این هدایت ناشی از رفتار غیرمعمول الکترونهای در حال نشر در گرافن است که گفته می شود همانند فرمیون های بدون جرم عمل می کنند که با یک معادله شبه دیراکی بهتر از معادله شرودینگر برای سیستم های متداول، توصیف می شود. در نتیجه الکترون ها در گرافن با سرعت فرمی حدود m s-1 106 × 1 حرکت می کنند و می توانند مسافت های در محدوده میکرومتر را بدون پراکنش طی نمایند که به این پدید انتقال بالستیک گفته می شود. این رفتار و تعداد دیگری آثار نسبیتی کوانتومی توسط گرافن از جمله اثر کوانتومی هال، گرافن را به ماده ای جالب برای مطالعه جوانب بنیادین فیزیک بدل کرده است.
لازم بذکر است که این خواص شگفت انگیز در نمونه های گرافن تک لایه با سطح کوچک و کیفیت بالا دیده شده است و برای صفحات بزرگتر و در مقیاس بالک قابل حصول نیست. به عنوان مثال، انتقال بالستیک بطور تجربی برای نوارهای کوتاه گرافن مشاهده شد و شواهدی از انتقال نفوذی (که در آن پراکنش رخ می دهد) برای نمونه های بزرگتر دیده شده است. پراکنش الکترون در صفحات گرافن توسط عیوب ناخالصی و عیوب مکانی شبکه موجود در آن رخ می دهد و در اثر برهمکنش ها با زیرلایه، فونون های فصل مشترک، دام های بارهای سطحی و مانده های از تولید، تشدید می شود.
با افزایش تعداد لایه های گرافن علاوه بر اینکه مساحت سطح افزایش و شفافیت کاهش می یابد، خواص فیزیکی نیز با افزایش ضخامت تغییر می کند، البته تحقیقات محدودی در این زمینه انجام شده است. میزان تاثیر ضخامت گرافن بر خواص احتمالا به خاصیت مورد مطالعه بستگی دارد، به عنوان مثال با افزایش تعداد لایه ها یک تغییر تدریجی در خواص الکترونیکی محاسبه شده است در حالی که هدایت حرارتی که بصورت تجربی اندازه گیری شده به ضخامت گرافن بسیار حساس بوده بطوریکه مقدار آن برای چهار لایه گرافن تقریبا با گرافیت بالک برابر است. تغییر در سختی و مدول الاستیک نیز برای ضخامت های مختلف گرافن گزارش شده است که در آن یک کاهش خطی برای هر دوی این خواص با افزایش تعداد لایه ها به چهار اندازه گیری شده است.