Το γραφένιο είναι ένας όρος για μια ειδική δομή ή αλλοτρόπο ατόμων άνθρακα όπου αυτοσυναρμολογούνται σε δακτυλίους έξι ατόμων άνθρακα με διπλούς δεσμούς σε δισδιάστατα φύλλα. Σε ατομική κλίμακα, το γραφένιο μοιάζει με τη δομή του σύρματος κοτόπουλου ή με τη δομή ενός φράχτη με αλυσίδα και είναι μια επαναλαμβανόμενη δισδιάστατη δομή που, όταν διπλώνεται σε κυλίνδρους, είναι γνωστή ως νανοσωλήνας άνθρακα ή όταν διαμορφώνεται σε σφαίρα. , αναφέρεται συχνά ως buckyball ή φουλερένιο. Μία από τις πιο κοινές περιοχές όπου τα φύλλα γραφενίου υπάρχουν φυσικά και παράγονται σε μικρές ποσότητες είναι σε αυτά που συνήθως ονομάζονται μολύβδινα μολύβια, τα οποία τρίβουν φύλλα του πλέγματος άνθρακα από το σημείο του μολυβιού όταν τρίβεται στο χαρτί, αφήνοντας γνωστά σημάδια από μολύβι .
Τόσο τα υλικά γραφικών όσο και η έρευνα για την τεχνολογία γραφενίου θεωρούνται τόσο σημαντικές στον 21ο αιώνα που κέρδισαν δύο ερευνητές από το Ηνωμένο Βασίλειο στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ το Νόμπελ Φυσικής το 2010. Ο Andre Geim, Ολλανδο-Ρώσος φυσικός και ο Konstantin Novoselov, ένας Ρωσο-Βρετανός φυσικός, ανακάλυψε μια πρακτική μέθοδο παραγωγής μεμονωμένων ατομικών στρωμάτων γραφενίου. Οι εφαρμογές για ατομικά στρώματα γραφενίου καλύπτουν το φάσμα από πολύ πυκνές μορφές αποθήκευσης δεδομένων σε υπολογιστές έως υπερπυκνωτές για αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας και εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τη δύσκολη εργασία με πυρίτιο. Το μοναδικό δισδιάστατο σχήμα των φύλλων γραφενίου τα καθιστά επίσης χρήσιμα στην έρευνα της σωματιδιακής φυσικής σε εγκαταστάσεις πυρηνικών επιταχυντών, όπου μπορούν να έχουν μηδενική μάζα ηρεμίας, επιτρέποντάς τους να παρουσιάζουν χαρακτηριστικά της Αρχής της Αβεβαιότητας του Heisenberg όταν βομβαρδίζονται από σχετικιστικά ρεύματα ηλεκτρονίων.
Οι πολλές πιθανές εμπορικές εφαρμογές για το γραφένιο έχουν οδηγήσει σε σταθερή αύξηση των δημοσιευμένων εργασιών από την επιστημονική κοινότητα. Από το 2011, έχουν κατατεθεί πάνω από 25,000 ερευνητικές εργασίες και διπλώματα ευρεσιτεχνίας για εφαρμογές γραφενίου, με τον ετήσιο μέσο όρο να εκτινάσσεται από 157 το 2004 σε πάνω από 2,500 εργασίες το 2010. Οι εξελίξεις στη φωτονική του γραφενίου και τις συσκευές οπτοηλεκτρονικής είναι ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς έρευνας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το υλικό θα μπορούσε να βελτιώσει την απόδοση των πάνελ διόδων εκπομπής φωτός (LED) που χρησιμοποιούνται σε οτιδήποτε, από οθόνες υπολογιστών και τηλεοράσεων μέχρι αισθητήρες φωτός. Το γραφένιο θα έκανε τέτοιες οθόνες εύκαμπτες και πιο ανθεκτικές και θα αντικαθιστούσε την ανάγκη χρήσης σπάνιων και μερικές φορές τοξικών μετάλλων στην κατασκευή τους, όπως η πλατίνα και το ίνδιο.
Μία από τις κύριες ιδιότητες του γραφενίου που θα το καθιστούσε χρήσιμο ως εύκαμπτη οθόνη αφής για μια αυτόματη ταμειακή μηχανή (ATM) ή ηλιακή κυψέλη είναι ότι μπορεί να είναι διαφανές για τη διέλευση του φωτός και ταυτόχρονα αποτελεσματικός ηλεκτρικός αγωγός. Ωστόσο, μόλις απονεμήθηκε το Νόμπελ Φυσικής το 2010, ήταν δυνατός ένας εύκολος τρόπος για την κατασκευή μεγάλων ποσοτήτων μεμονωμένων ατομικών στρωμάτων του υλικού. Από τη δημοσίευση της μεθοδολογίας κατασκευής από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, Νοτιοκορεάτες επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να κλιμακώσουν τη διαδικασία για να παράγουν φύλλα υλικού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για οθόνες υπολογιστών και τηλεόρασης κανονικού μεγέθους.