Grafenas yra terminas, apibūdinantis specialią anglies atomų struktūrą arba alotropą, kai jie savaime susirenka į dvigubus šešis anglies atomų žiedus dvimačiuose lakštuose. Atominiu mastu grafenas primena vištienos vielos arba grandinės tvoros struktūrą ir yra pasikartojanti dvimatė struktūra, kuri, sulankstyta į cilindrus, yra žinoma kaip anglies nanovamzdelis arba, kai jis suformuotas į sferą. , dažnai vadinamas buckyball arba fullerenu. Viena iš labiausiai paplitusių vietų, kur grafeno lakštai egzistuoja natūraliai ir gaminami nedideliais kiekiais, yra tose vietose, kurios dažnai klaidingai įvardijamos kaip švino pieštukai, kurie nutrina anglies gardelės lakštus nuo pieštuko taško, kai jis nutrina nuo popieriaus, palikdamas pažįstamas pieštuko žymes. .
Tiek grafitinės medžiagos, tiek grafeno technologijos tyrimai XXI amžiuje laikomi tokiais svarbiais, kad 21 m. dviem JK dirbantiems Mančesterio universiteto mokslininkams buvo suteikta Nobelio fizikos premija. Andre Geim, olandų ir rusų fizikas, ir Konstantinas Novoselovas, rusų-britų fizikas, atradęs praktinį pavienių atominių grafeno sluoksnių gamybos būdą. Atominių grafeno sluoksnių taikymas apima spektrą nuo labai tankių duomenų saugojimo kompiuteriuose iki ultrakondensatorių, skirtų elektros energijai kaupti, ir lanksčių saulės elementų, kurie galėtų pakeisti sudėtingą darbą siliciu. Dėl unikalios dvimatės grafeno lakštų formos jie taip pat yra naudingi atliekant dalelių fizikos tyrimus branduolinio greitintuvo įrenginiuose, kur jų ramybės masė gali būti lygi nuliui, todėl jie gali turėti Heizenbergo neapibrėžtumo principo bruožus, kai juos bombarduoja reliatyvistiniai elektronų srautai.
Dėl daugelio galimų komercinių grafeno pritaikymų mokslo bendruomenė nuolat daugėjo publikuojamų straipsnių. 2011 m. buvo pateikta daugiau nei 25,000 157 mokslinių straipsnių ir patentų dėl grafeno paraiškų, o metinis vidurkis šoktelėjo nuo 2004 2,500 m. iki daugiau nei 2010 XNUMX straipsnių XNUMX m. Grafeno fotonikos ir optoelektronikos prietaisų raida yra viena iš perspektyviausių tyrimų sričių. Taip yra todėl, kad ši medžiaga gali pagerinti šviesos diodų (LED) plokščių, naudojamų visur, nuo kompiuterių ir televizorių ekranų iki šviesos jutiklių, efektyvumą. Dėl grafeno tokie ekranai taptų lankstesni ir patvaresni, o jų gamyboje nebereikėtų naudoti retų ir kartais toksiškų metalų, tokių kaip platina ir indis.
Viena iš pagrindinių grafeno savybių, dėl kurių jis būtų naudingas kaip lankstus automatinio bankomato (ATM) arba saulės elemento jutiklinis ekranas, yra tai, kad jis gali būti skaidrus šviesai praleisti ir tuo pačiu metu efektyvus elektros laidininkas. Tačiau tik tada, kai 2010 m. buvo įteikta Nobelio fizikos premija, buvo įmanoma lengvai pagaminti didelius kiekius atskirų atominių medžiagos sluoksnių. Mančesterio universiteto mokslininkams paskelbus gamybos metodiką, Pietų Korėjos mokslininkai rado būdą, kaip padidinti procesą, kad būtų pagaminti medžiagos lapai, kurie gali būti naudojami standartinio dydžio kompiuterių ir televizorių ekranams.