Grafeni
Grafeni është një alotrop i karbonit i përbërë nga një shtresë e vetme atomesh të rregulluar në një nanostrukturë grilë gjashtëkëndore.[1][2] Emri rrjedh nga "grafit" dhe prapashtesa -ene, duke pasqyruar faktin se alotropi grafit i karbonit përmban lidhje të shumta të dyfishta.
Çdo atom në një fletë grafeni është i lidhur me tre fqinjët e tij më të afërt me lidhje σ dhe një lidhje π të delokalizuar, e cila kontribuon në një brez valence që shtrihet në të gjithë fletën. Ky është i njëjti lloj lidhjeje që shihet në nanotubat e karbonit dhe hidrokarburet aromatike policiklike, dhe (pjesërisht) në fullerene dhe karbon të qelqtë. Brezi i valencës preket nga një brez përçues, duke e bërë grafenin një gjysmëmetal me veti të pazakonta elektronike që përshkruhen më së miri nga teoritë për grimcat relativiste pa masë. Bartësit e ngarkesës në grafen tregojnë varësi lineare, dhe jo kuadratike, të energjisë nga momenti, dhe transistorët me efekt në terren me grafen mund të bëhen që tregojnë përçueshmëri bipolare. Transporti i ngarkesës është balistik në distanca të gjata; materiali shfaq lëkundje të mëdha kuantike dhe diamagnetizëm të madh dhe jolinear. Grafeni përcjell nxehtësinë dhe energjinë elektrike në mënyrë shumë efikase përgjatë planit të tij. Materiali thith fort dritën e të gjitha gjatësive të valëve të dukshme, gjë që përbën ngjyrën e zezë të grafitit; megjithatë një fletë e vetme grafeni është pothuajse transparente për shkak të hollësisë së saj ekstreme. Mikroskopikisht, grafeni është materiali më i fortë i matur ndonjëherë.[3][4]
Shkencëtarët teorizuan ekzistencën dhe prodhimin e mundshëm të grafenit për dekada. Ka të ngjarë të jetë prodhuar pa e ditur në sasi të vogla për shekuj me radhë, nëpërmjet përdorimit të lapsave dhe aplikimeve të tjera të ngjashme të grafitit. Ndoshta u vëzhgua në mikroskopët elektronikë në vitin 1962, por u studiua vetëm ndërsa mbështetej në sipërfaqe metalike.
Në vitin 2004, materiali u rizbulua, u izolua dhe u hetua në Universitetin e Mançesterit, nga Andre Geim dhe Konstantin Novoselov. Në vitin 2010, Geim dhe Novoselov u nderuan me Çmimin Nobel në Fizikë për "eksperimentet e tyre novator në lidhje me grafenin material dydimensional". Grafeni me cilësi të lartë doli të jetë çuditërisht i lehtë për t'u izoluar.
Grafeni është bërë një nanomaterial i vlefshëm dhe i dobishëm për shkak të forcës së tij jashtëzakonisht të lartë në tërheqje, përçueshmërisë elektrike, transparencës dhe të qenit materiali më i hollë dydimensional në botë. Tregu global për grafen ishte 9 milionë dollarë në vitin 2012, me shumicën e kërkesës nga kërkimi dhe zhvillimi në gjysmëpërçues, elektronikë, bateri elektrike dhe përbërës.
IUPAC (Bashkimi Ndërkombëtar për Kiminë e Pastër dhe të Aplikuar) rekomandon përdorimin e emrit "grafit" për materialin tredimensional dhe "grafen" vetëm kur diskutohen reaksionet, marrëdhëniet strukturore ose vetitë e tjera të shtresave individuale. Një përkufizim më i ngushtë i "grafenit të izoluar ose të lirë" kërkon që shtresa të jetë mjaft e izoluar nga mjedisi i saj, por do të përfshijë shtresa të pezulluara ose të transferuara në dioksid silikoni ose karabit silikoni.[5]