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料,有望用于航空航天等众多领域。
电学特性
石墨烯的每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。π电子在平面内可以自由移动,使石墨烯具有良好的导电性石墨烯独特的结构使其具有室温半整数量子霍尔效应，双极性电场效应，超导电性，高载流子率等优异的电学性质，其载流子率在室温下可达到 ×104 cm².V--1。
导带
价带
禁带
电子能量
导带
价带
重叠
电子能量
导带
价带
禁带
电子能量
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绝缘体，导体，半导体的能带结构
石墨烯能带结构
当绝对零度下，半导体的价带是满带（完全被电子占据）。当受光电或热激发后价带中的部分电子（石墨烯的电子运动速度高达106m/s，是光速的1/300）越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，成为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称为电子-空穴对，则电子，空穴能自由移动成为自由载流子。它们在外电场作用下产生定向运动形成宏观电流，分别成为电子导电和空穴导电。
石墨烯的每一单位晶格有2 个碳原子,导致其在每个布里渊区有两个等价锥形相交点(K和K′)点，再相交点附近其能量于波矢量成线性关系
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E=ħUFK=ħUFKx2+Ky2 （）
E：能量，ħ：约化普朗克常数，UF：费米速度，1*106m/s，Kx，Ky分别是波矢量再X-和Y-轴的分量。因此，使得石墨烯中的电子和空穴的有效质量均为零，所有电子，空穴被称为狄拉克费米子。相交点为狄拉克点，在其附近能量为零，古石墨烯的带隙（禁带）为零。石墨烯独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性使其能够在室温下观测到霍尔效应和异常的半整数量子霍尔效应（当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面会出现电势差）。表明了其独特的载流子特性和优良的电学性质。
石墨烯的室温载流子迁移率实测值达15000cm²/V·s(电子密度1013cm²)。
散射机制
在一定温度下,即使没有外加电场,半导体中的大量载流子也在永不停息的作着无规则的、杂乱无章的热运动。载流子在运动时,便会不断的与热振动着的晶格或半导体中电离子的杂质离子发生碰撞,使载流子速度的大小及方向发生改变。也就是说载流子在运动中受到了散射。当有外电场作用时,一方面,载流子在电场力的作用下作定向运动;另一方面,载流子仍不断的遭到散射,使其运动方向不断的改变。载流子就是在外力和散射的双重影响下,以一定的平均速度沿力的方向漂移。
众所周知,在具有严格周期势场的晶体中,载流子不会遭到散射。载流子遭到散射的根本原因就是这种周期势场被破坏。在实际的晶体中,除了存在周期势场外还存在一个附加势场,从而使周期势场发生变化。由于附加势场的作用,就会使能带中的载流子发生在不同状态间的跃迁。例如,原来处于状态的载流子遭到散射后以一定的几率跃迁到各种其他的状态。
晶体电子可看成是处于晶体原子所构成的晶格周期性势场之中的微观粒子，此势场的形式就决定了晶体电子的能量状态—能带。此即意味着晶体电子的状态（用电子波的波矢k表征）由晶格周期性势场决定，即规则排列的晶体原子，就决定着由许多波矢k表征的晶体电子的状态。
因为载流子散射就是载流子的动量发生改变的现象，也就是波矢k（ 晶体动量，大小为波长的倒数）发生改变的现象；而规则排列的原子构成的晶格周期性势场只是决定晶体电子的稳定状态，而不会引起状态的变化。故可以说，在完整的晶格周期性势场中运动的电子不会遭受散射。因此，规则排列的晶体原子不会散射载流子。
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