石墨結構（graphite structure）

石墨結構是鉛筆芯中碳的排列：碳原子鋪成六邊形的平坦薄片，像無盡的雞籠網，一片鬆散地疊在另一片之上。它是鑽石的層狀對立面，而比較兩者是說明「相同原子在不同結構中可以是天差地別材料」最俐落的例子。

在一片薄片內，每個碳與三個鄰居共價鍵結（sp2 鍵結），鍵長很短，為 1.42 angstrom，構成強韌、平面、三配位的網絡。然而在片與片之間只有微弱的凡得瓦力，各層相隔達 3.35 angstrom，是面內鍵長的兩倍多。常見形式（六方石墨）以 ABAB 序列堆疊各層。因此石墨在二維上強烈鍵結，在第三維上幾乎沒有鍵結。

這種異向性解釋了石墨的一切行為。鬆散連接的各層彼此易於滑動，這正是石墨能在紙上留痕、能潤滑、摸起來滑溜的原因；面內離域的電子讓它沿薄片導電，卻難以跨片導電。石墨與鑽石是同素異形體——相同的碳原子處於截然不同的結構中——而剝下的單片石墨就是石墨烯，這個開創性的二維材料。