Graphen ist ein Begriff für eine spezielle Struktur oder ein Allotrop von Kohlenstoffatomen, bei denen sie sich selbst zu doppelt gebundenen Ringen mit sechs Kohlenstoffatomen in zweidimensionalen Schichten anordnen. Auf atomarer Ebene ähnelt Graphen der Struktur von Maschendraht oder der eines Maschendrahtzauns und ist eine sich wiederholende zweidimensionale Struktur, die, wenn sie zu Zylindern gefaltet wird, als Kohlenstoff-Nanoröhrchen bekannt ist oder, wenn sie zu einer Kugel geformt wird , wird oft als Buckyball oder Fulleren bezeichnet. Einer der häufigsten Bereiche, in denen Graphenfolien natürlich vorkommen und in kleinen Mengen hergestellt werden, sind die gemeinhin als Bleistifte bezeichneten, die beim Schleifen auf Papier Blätter des Kohlenstoffgitters von der Bleistiftspitze abreiben und bekannte Bleistiftspuren hinterlassen .
Sowohl graphitische Materialien als auch die Forschung zur Graphentechnologie werden im 21. Jahrhundert als so wichtig erachtet, dass sie 2010 zwei britischen Forschern der Universität Manchester den Nobelpreis für Physik einbrachte. Andre Geim, ein niederländisch-russischer Physiker, und Konstantin Novoselov, ein russisch-britischer Physiker, entdeckte eine praktische Methode zur Herstellung einzelner Atomschichten aus Graphen. Die Anwendungen für Atomschichten aus Graphen umfassen das Spektrum von sehr dichten Formen der Datenspeicherung in Computern über Ultrakondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie bis hin zu flexiblen Solarzellen, die schwer zu verarbeitendes Silizium ersetzen könnten. Die einzigartige zweidimensionale Form von Graphenschichten macht sie auch für die Teilchenphysikforschung an Kernbeschleunigeranlagen nützlich, wo sie eine Ruhemasse von Null haben können, wodurch sie beim Beschuss mit relativistischen Elektronenströmen Merkmale des Heisenbergschen Unschärfeprinzips aufweisen können.
Die vielen potentiellen kommerziellen Anwendungen von Graphen haben zu einer stetigen Zunahme von veröffentlichten Artikeln durch die wissenschaftliche Gemeinschaft geführt. Bis 2011 wurden über 25,000 Forschungsarbeiten und Patente für Graphenanwendungen angemeldet, wobei der Jahresdurchschnitt von 157 im Jahr 2004 auf über 2,500 Arbeiten im Jahr 2010 gestiegen ist. Die Entwicklung von Graphenphotonik und optoelektronischen Geräten ist eines der vielversprechendsten Forschungsgebiete. Dies liegt daran, dass das Material die Effizienz von Leuchtdioden (LED) verbessern könnte, die in Computer- und Fernsehbildschirmen bis hin zu Lichtsensoren verwendet werden. Graphen würde solche Displays flexibel und haltbarer machen und die Verwendung seltener und manchmal giftiger Metalle wie Platin und Indium bei ihrer Herstellung ersetzen.
Eine der Haupteigenschaften von Graphen, die es als flexiblen Touchscreen für einen Geldautomaten (ATM) oder eine Solarzelle nützlich machen würde, besteht darin, dass es sowohl für den Lichtdurchtritt transparent als auch gleichzeitig ein effizienter elektrischer Leiter sein kann. Erst mit der Verleihung des Physik-Nobelpreises im Jahr 2010 war es jedoch möglich, auf einfache Weise große Mengen einzelner Atomlagen des Materials herzustellen. Seit der Veröffentlichung der Herstellungsmethodik durch die Forscher der University of Manchester haben südkoreanische Wissenschaftler einen Weg gefunden, den Prozess zu vergrößern, um Platten des Materials herzustellen, die für Computer- und Fernsehbildschirme in Standardgröße verwendet werden können.