石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键，并有如下的特点:碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似)，因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯具有非常良好的光学特性，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内，厚度每增加一层，吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性，且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。室温下对双栅极双层石墨烯场效应晶体管施加电压，石墨烯的带隙可在0~0.25eV间调整。施加磁场，石墨烯纳米带的光学响应可调谐至太赫兹范围。
石墨烯电池优点：1、应用领域范围比较广，大量会采用应用在移动终端、航天工程、新能源电池行业领域。2、根据高导电的性能、强度、超轻薄等优点，石墨烯在航天行业领域的应用领域优势也是极其明显的。不久前美利坚共和国NASA开发设计出应用领域于航天行业领域的石墨烯温度传感器，就散卖能非常好的对宇宙高空大层中的营养元素、航天飞机上的塌轿功能性缺点等开展检验。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在性应用领域上也将充分调动更至关重要的用途。3、石墨烯是当今世界导电的性能较合适的材料，在传统性的手机锂离子电池中添加了石墨烯复合材料导电的性能粉末，增强了电池的倍率蓄电池充放电性能指标和循环往复应用时限。4、安全可靠比较稳定，新型石墨烯聚碳电容电池，冲满电时用射钉器打，使其短路故障，任何的化学反应也没有；摆放在火上烧，也不会发生事故。
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