電子特性
グラフェンの最も有用な特性の1つは、ゼロオーバーラップ半金属（電荷キャリアとしてホールと電子の両方を持つ）で非常に高い電気伝導度を持つことである。 炭素原子は、内殻に2個、外殻に4個の合計6個の電子を持つ。 個々の炭素原子がもつ4個の外殻電子は化学結合に利用できるが、グラフェンでは各原子が2次元平面上で他の3個の炭素原子と結合しており、3次元では電子伝導に自由に利用できる電子が1個残されている。 これらの移動性の高い電子はπ電子と呼ばれ、グラフェンシートの上下に配置されている。 これらのπ軌道は重なり合い、グラフェンにおける炭素と炭素の結合を強化するのに役立っている。 グラフェンの電子的特性は、基本的にこれらのπ軌道の結合と反結合（価電子帯と伝導帯）によって決まる。過去50年にわたる研究の結果、グラフェンのディラック点では、電子とホールの有効質量がゼロであることが証明された。 これは、エネルギーと運動の関係（励起のためのスペクトル）が、ブリルアン・ゾーンの6つのコーナー付近の低エネルギーでは線形であるために起こる現象である。 この電子と正孔はディラック・フェルミオン（グラフィノス）と呼ばれ、ブリルアン・ゾーンの6つの角はディラック・ポイントと呼ばれる。 ディラック・ポイントでは状態密度がゼロであるため、電子伝導度は実は非常に低い。 しかし、フェルミ準位を（電子または正孔で）ドーピングすることにより、例えば室温の銅よりも電気をよく通す材料を作ることができる。
グラフェンの電子移動度は非常に高く、これまでに報告された結果は15000 cm2-V-1-s-1 以上、理論的には200000 cm2-V-1-s-1 （グラフェンの音響フォトンの散乱による制限）までの可能性を持っていることがテストにより示されている。 グラフェンの電子は、質量がないため、その移動度において光子に非常によく似た働きをすると言われている。 この電荷キャリアは、散乱することなくサブマイクロメートルの距離を移動することができ、これは弾道輸送と呼ばれる現象である。 しかし、グラフェンの品質と使用する基板が制限要因となる。 たとえば、二酸化ケイ素を基板に用いた場合、移動度は 40,000 cm2-V-1-s-1 に制限されます。
機械的強度
グラフェンの際立った特性のもう 1 つは、固有の強度です。 長さ 0.142 Nm の炭素結合の強度により、グラフェンはこれまで発見された中で最も強い材料であり、究極の引張強度は、A36 構造鋼の 400,000,000 Pascals、アラミド (Kevlar) の 375,700,000 Pascals に対して 130,000,000 Pascals (または 130 gigapascals)です。 グラフェンは非常に強いだけでなく、1平方メートルあたり0.77ミリグラムと非常に軽い（比較のため、1平方メートルの紙は約1000倍の重さである）。 よく、サッカー場1面分の大きさのグラフェン1枚（厚さわずか1原子）の重さが1グラム以下であると言われる。
特に特徴的なのは、グラフェンには弾性特性があり、歪みを与えても初期のサイズを保つことができる点である。 2007年、二酸化ケイ素の空洞にグラフェンシートを浮かせた状態で、原子間力顕微鏡（AFM）テストが行われた。 その結果、グラフェンシート（厚さ2～8Nm）のばね定数は1～5N/m、ヤング率（三次元グラファイトとは異なる）は0.5TPaであることが分かった。 繰り返しになりますが、これらの超一流の数値は、何の欠陥もないグラフェンを使用した理論的な見通しに基づいており、現在は非常に高価で人工的に再現することが困難ですが、製造技術は着実に向上しており、最終的にはコストと複雑さを軽減することができます。 これは、前述の電子特性によるもので、電子は質量によらない電荷キャリアのように振る舞い、非常に高い移動度を持ちます。 数年前、白色光の吸収量は、材料の特性によって決まるのではなく、微細構造定数に基づいていることが証明された。 グラフェンをもう1層追加すると、白色光の吸収量はほぼ同じ値（2.3%）に増加する。 グラフェンの不透明度 πα≈2.3% は、可視周波数範囲における普遍的な動的伝導度 G=e2/4ℏ (±2-3%) と等しくなります。
これらの素晴らしい特性により、光強度がある閾値（飽和フルエンスとして知られている）に達すると、可飽和吸収が起こることが観察されています（非常に高強度の光で吸収が減少する）。 これは、ファイバーレーザーのモードロックに関して重要な特性である。 グラフェンの波長非感受性の超高速可飽和吸収という特性により、エルビウム添加散逸ソリトンファイバーレーザーでフルバンドモードロックが実現し、30 nm という大きな波長チューニングを得ることができました（9527）。 グラフェンが得意とする分野に大きく組み込まれる前に、何がこれほどまでに素晴らしい材料なのかを理解するために、もっと多くの時間を費やす必要があるのです。 残念ながら、私たちはグラフェンの応用や使用に関する新しいアイデアを思いつくことはできても、そのアイデアを実現するためには、グラフェンが実際にどのように、そしてどのようなものであるかを十分に理解するのに時間がかかるのである。 しかし、これは必ずしも悪いことではなく、グラフェンが生み出した2次元結晶構造群のように、これまで研究されていなかったり見過ごされていた超材料に出会う機会を与えてくれるからである
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