Grafeeni on termi erityiselle hiiliatomien rakenteelle tai allotroopille, jossa ne kokoontuvat itsestään kaksoissidoksisiin kuuteen hiiliatomirenkaaseen kaksiulotteisissa levyissä. Atomimittakaavassa grafeeni muistuttaa kanalangan rakennetta tai ketjun aidan rakennetta ja on toistuva kaksiulotteinen rakenne, joka sylintereihin taitettuna tunnetaan hiilinanoputkena tai pallona muotoiltuna , kutsutaan usein buckyballiksi tai fullereeniksi. Yksi yleisimmistä alueista, joissa grafeenilevyjä esiintyy luonnossa ja joita valmistetaan pieninä määrinä, on yleensä lyijykyniksi merkittyjä, jotka hierovat hiilijalan arkit kynäpisteestä, kun sitä hiotaan paperia vasten, jättäen tutut lyijykynät .
Sekä grafiittisia materiaaleja että grafeenitekniikan tutkimusta pidettiin 21. vuosisadalla niin tärkeänä, että se sai kaksi brittiläistä tutkijaa Manchesterin yliopistossa fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2010. Andre Geim, hollantilais-venäläinen fyysikko ja Konstantin Novoselov, venäläinen-brittiläinen fyysikko löysi käytännöllisen menetelmän yksittäisten grafeenikerrosten tuottamiseksi. Sovellukset grafeenin atomikerroksille kattavat spektrin erittäin tiheistä datan tallennusmuodoista tietokoneissa ultrakondensaattoreihin sähköenergian varastoimiseksi ja joustaviin aurinkokennoihin, jotka voivat korvata vaikeasti käsiteltävät pii. Grafeenilevyjen ainutlaatuinen kaksiulotteinen muoto tekee niistä hyödyllisiä myös hiukkasfysiikan tutkimuksessa ydinkiihdytinlaitoksissa, joissa niiden lepäämämassa voi olla nolla, jolloin he voivat esittää Heisenbergin epävarmuusperiaatteen piirteitä, kun niitä pommittavat relativistiset elektronivirrat.
Grafeenin monet mahdolliset kaupalliset sovellukset ovat johtaneet tiedeyhteisön julkaisemien julkaisujen tasaiseen kasvuun. Vuodesta 2011 lähtien grafeenisovelluksia varten on jätetty yli 25,000 157 tutkimuspaperia ja patenttia. Vuosittainen keskiarvo nousi 2004: stä vuonna 2,500 yli 2010 paperiin vuonna XNUMX. Kehitys grafeenifotonikassa ja optoelektroniikkalaitteissa on yksi lupaavimmista tutkituista aloista. Tämä johtuu siitä, että materiaali voisi parantaa LED -paneelien tehokkuutta, jota käytetään kaikessa tietokoneesta ja televisioruudusta valosensoreihin. Grafeeni tekisi tällaisista näytöistä joustavia ja kestävämpiä ja korvaisi tarpeen käyttää harvinaisia ja joskus myrkyllisiä metalleja, kuten platinaa ja indiumia.
Yksi grafeenin tärkeimmistä ominaisuuksista, joka tekisi siitä käyttökelpoisen joustavana kosketusnäytönä pankkiautomaatille (ATM) tai aurinkokennolle, on se, että se voi olla sekä läpinäkyvä valon kulkua varten että tehokas sähköjohdin samanaikaisesti. Vasta fysiikan Nobel -palkinto myönnettiin vuonna 2010, mutta helppo tapa valmistaa suuria määriä yksittäisiä atomikerroksia materiaalista oli mahdollista. Sen jälkeen kun Manchesterin yliopiston tutkijat ovat julkaisseet valmistusmenetelmät, eteläkorealaiset tutkijat ovat löytäneet tavan laajentaa prosessia tuottaakseen arkkia materiaalista, jota voidaan käyttää vakiokokoisiin tietokone- ja televisioruutuihin.