石墨烯是一種由單層碳原子以sp²雜化軌道形成的六角型蜂巢晶格結構的二維材料。其特殊的電子結構和原子排列方式，賦予了石墨烯許多獨特的物理和化學性質，例如超高的強度、優異的導電性和熱傳導性。
石墨烯的製備方法主要包括化學氣相沉積法、化學剝離法、熱剝離法等，這些方法的核心原理是通過不同的手段使碳原子重新排列形成單層的石墨烯。例如，在化學剝離法中，石墨材料在含有氧化劑和酸的溶液中被化學處理，破壞原有的化學鍵，然後通過物理或化學方法分離出單層石墨烯；化學氣相沉積法則是在高溫下使碳源氣體分解並在基底表面形成石墨烯。
石墨烯的電子結構特殊，其電子可以在平面內自由移動，這種二維結構使得石墨烯具有高度的電子濃度和載流子遷移率。此外，石墨烯中的電子表現出二維性質，具有很高的表面積和反應活性，展現出獨特的化學性質。
石墨烯的力學性質也非常出色，其強度是鋼鐵的200倍以上，彈性模量非常大，顯示出極佳的力學性能。同時，石墨烯還具有良好的化學穩定性，能夠在常溫下穩定存在，並且由於其單原子層的結構，表面非常活躍，具有高的吸附能力和催化能力。
綜上所述，石墨烯的獨特性質和套用價值源於其特殊的原子結構和電子結構，以及多樣化的製備方法。這些特性使得石墨烯在電子、材料科學、生物醫學等多個領域具有廣泛的套用潛力。