石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，红宝石电容关于石墨烯结构

石墨烯的结构石墨烯的英文名称“Graphene”和富勒烯“Fullerene”有异曲同工之妙。“-ene”这个后缀在化学上用于“烯”的命名，说明石墨烯与烯类分子某种程度上的相似性。联想到石墨烯是由碳原子紧密排列成苯环结构而形成的单层结构，这样命名就不足为奇了。“石墨烯”这个词早期也用来非正式地描述外延生长的石墨、碳纳米管及多环芳烃。红宝石电容在理论上，石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单位。因此，在计算石墨和碳纳米管特性时，通常都是从石墨烯这个基本单元出发的。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。C原子外层3个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。石墨烯的碳-碳键长度约为0.142nm，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。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，红宝石电容单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。石墨烯被认为是构成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元，可视为无限大的芳香族分子。如图1-3所示，石墨烯可以卷曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆垛成三维的石墨(Graphite)。为了更准确地认识石墨烯的概念和规范其领域的发展，中国石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)标准委员会对石墨烯及其衍生物的概念给出了明确的定义，具体概念如下所示。石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。