Gr là loại vật liệu có hình dạng mạng lưới lục giác, nối kết các nguyên tố cacbon được sắp xếp theo cấu trúc tổ ong. Mạng lưới có độ dày chỉ bằng một nguyên tử cacbon. Chiều dài liên kết C- C trong Gr khoảng 0,142nm [114].
Hình 1.11: Cấu trúc của Gr
Tuy có 6 điện tử tạo thành lớp vỏ của nguyên tử cácbon nhưng chỉ có bốn điện tử phân bố ở trạng thái 2s và 2p đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết hóa
học giữa các nguyên tử với nhau. Các trạng thái 2s và 2p của nguyên tử các bon lai hóa với nhau tạo thành 3 trạng thái sp2 định hướng trong một mặt phẳng hướng ra ba phương tạo với nhau một góc 120o
Hình 1.12: Các liên kết của mỗi nguyên tử các bon trong mạng Gr
Về tính chất vật lý, Gr là chất cực kỳ cứng, hơn cả kim cương, độ bền cao hơn thép trên 200 lần, nhưng ở dạng đơn lớp lại dẻo như một miếng nhựa, có thể bẻ cong, gấp hoặc cuộn lại thành ống. Gr trong suốt cho phép tối thiểu 90% ánh sáng đi qua, điện trở thấp hơn chất dẫn điện trong suốt tiêu chuẩn là indi-thiếc oxit nên mở ra ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất màn hình cảm ứng chất lượng cao, pin mặt trời, thiết bị lưu trữ năng lượng, điện thoại di động và dần dần có thể thay thế silicon trong lĩnh vực sản xuất chip máy tính tốc độ cao.
Hình 1.13: Những tính năng kỳ diệu đã tạo cho graphen khả năng ứng dụng đặc biệt Trong lĩnh vực vi điện tử, nhờ tính chất độc đáo của mình, các transistor Gr đã tạo ra những linh kiện rất đa dạng và ưu việt, đáp ứng nhu cầu của nhiều thiết bị mà nếu không phải nhà chuyên môn, người ta khó hình dung. Những mạch tích hợp
(IC) dùng Gr đã thu nhỏ được kích thước đến tối đa mà vẫn bảo đảm (và nâng cao) tính năng các thiết bị vi điện tử.
Người ta cũng đang thiết kế những thiết bị điện tử trên cơ sở những linh kiện chế tạo từ Gr để phân tích ADN và bộ gen người và các động thực vật với hy vọng sẽ có hiệu năng tính toán cao hơn và chính xác hơn. Các nhà khoa học cũng phát hiện những tấm ôxit Gr có tính sát khuẩn cao và có khả năng dùng làm dụng cụ đựng thực phẩm có tác dụng bảo quản lâu dài.
Trong lĩnh vực điện hóa, ứng dụng quan trọng nhất của Gr là được sử dụngtrong chế tạo cảm biến [115]. Gr được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau. Năm 2004, nhóm nghiên cứu Geim sử dụng băng dính tách lớp Gr từ graphit một cách đơn giản. Tuy nhiên phương pháp đầu tiên tổng hợp Gr là CVD lên bề mặt Niken khi phân hủy etyle. Những năm gần đây Gr được tổng hợp bằng một số phương pháp khác như tổng hợp hóa học từ graphit, CVD lên tấm đồng từ hơi hydro và metan [116]. Compozit của Gr với polyme được ứng dụng chế tạo cảm biến xác định rất nhiều các chất sinh học khác nhau [117- 121].