石墨烯的力学性能非常完美。石墨烯的强度受断裂韧性的控制。石墨烯的缺陷减弱其强度并使之变脆。缺陷的产生是由于孤子的存在。制备多层石墨烯时，产生的特殊缺陷会影响其导电性。这些堆叠的石墨烯层，生长在波纹中的碳的结构并非重复的碳原子形成的平面结构。这些波纹就是孤子，通过这一途径（或电子高速路），电子从石墨烯片的一端迅速移至另一端，形成了一维的电子通道。孤子的电学特性及其在石墨烯中的发现使人们对其背后的数学和理论进行了大量研究。人们也在努力研究如何摆脱孤子或研制出一条可控的一维电子高速路。

虽然材料具有的缺陷通常会降低其性能，但对于石墨烯来说，缺陷可被用以开发新颖的、创新的和有用的材料和设备。由于掺杂作用或官能化以及石墨烯中单原子缺陷边缘，如空缺/边缘类型，石墨烯中的缺陷可能是结构上的、形貌上的、点缺陷、位错和晶界等。缺陷在石墨烯的物理化学特性中起着关键的作用。

石墨烯中的缺陷可小如六边形晶格中一个消失的原子。缺陷可用断裂韧性和裂纹扩展来测量。此外，片材越大，存在缺陷的概率越高。这些缺陷会对石墨烯的处理、加工和制造产生影响。但是，缺陷还会带来一定的好处。

5.7.4.1 利用缺陷来改进石墨烯传感器

虽然石墨烯可制出优异的化学传感器，但石墨烯性能差一些的话传感器会更好[萨利希-科伊奇（Salehi-Khojin），2011]。石墨烯缺陷的种类和几何形状决定了其化学阻抗反应。缺陷导致的sp²结构的断裂可改变石墨烯的力学、化学和电学特性。在石墨烯中，单原子的缺陷（如空位和氢-化学吸附）产生了自旋极化的缺陷状态。因此，为增强其化学阻抗敏感性，可对线缺陷和边缘进行改造。萨利希-科伊奇等（Salehi-Khojin et al.，2011）指出，“由于吸附与点缺陷的结合，在其周围形成了低阻通道，因此几近纯净的石墨烯的化学阻抗对分子并不敏感。”(www.daowen.com)

5.7.4.2 改变石墨烯中单碳原子的点缺陷而产生磁性

研究发现石墨烯的两种类型的缺陷可诱导磁性，即氢的化学吸附缺陷（通过高能粒子辐照而产生）[莱蒂恩等（Lehtinen et al.），2004]和空位缺陷（通过氢等离子体处理而产生）[吕菲厄等（Ruffieux et al.），2000]。在这两个缺陷中，只有一个碳原子从石墨烯片的π共轭结构上被移除。石墨烯晶格上的单原子缺陷导致了费米能级的准局域态。石墨烯晶格是双向晶格，可看作两个互相贯穿的碳原子六边形子晶格（标记为α和β）。

基于计算的方法和模型，人们发现了游动的磁性是由石墨烯中简单的缺陷引发的，并在广泛的浓度范围内保持稳定。根据缺陷浓度的不同，每氢化学吸附缺陷中磁矩为μ_B（波尔磁子，μ_B=9.2732×10^-24A·m²），每空位缺陷中磁矩为1.12～1.53μ_B。巡游动的磁性不需要高活性不饱和的悬键存在。铁磁性和反铁磁性均有出现的可能，对于特别无序的系统，第二种出现的可能性更高。空位缺陷导致了磁矩的部分压缩和缺陷带的扩宽。