sp2雜化碳質材料的基本組成單元
石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構, 它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是構成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環, 是目前最理想的二維納米材料.。理想的石墨烯結構是平面六邊形點陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻剩余一個p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導電性。二維石墨烯結構可以看是形成所有sp2雜化碳質材料的基本組成單元。
編輯本段石墨烯與其他碳元素的區別
單層石墨烯及其派生物
在近2O年中，碳元素引起了世界各國研究人員的極大興趣。自富勒烯和碳納米管被科學家發現以后，三維的金剛石、“二維”的石墨、一維的碳納米管、零維的富勒球組成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊的片層結構一直以來是研究的一個熱點。石墨本體并非是真正意義的二維材料，單層石墨碳原子層(Graphene)才是準二維結構的碳材料。石墨可以看成是多層石墨烯片堆垛而成，而前面介紹過的碳納米管可以看作是卷成圓筒狀的石墨烯。當石墨烯的晶格中存在五元環的晶格時，石墨烯片會發生翹曲,富勒球可以便看成通過多個六元環和五元環按照適當順序排列得到的。
石墨烯特性
電子運輸
在發現石墨烯以前，大多數（如果不是所有的話）物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發現立即震撼了凝聚態物理界。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩定存在，但是單層石墨烯在實驗中被制備出來。這些可能歸結于石墨烯在納米級別上的微觀扭曲。 石墨烯還表現出了異常的整數量子霍爾行為。其霍爾電導=2e²/h,6e²/h,10e²/h.... 為量子電導的奇數倍，且可以在室溫下觀測到。這個行為已被科學家解釋為“電子在石墨烯里遵守相對論量子力學，沒有靜質量”。
導電性