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石墨烯是目前已知强度最强的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0tpa，固有的拉伸强度为130gpa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25tpa。[3]  由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。电子效应石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（v-s），这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最强的物质锑化铟（insb）的两倍以上。
在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/（v-s）。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50~500k之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/（v-s）左右。另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而novoselov等在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量，他们的速度是和动能没有关系的常数。

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