Malo je materijala koji se reklamiraju kao super-materijali, a da biste bili prepoznati kao takvi, potrebne su vam neke prilično izvanredne značajke. Grafen je relativno nedavno otkriven materijal koji ima niz zanimljivih značajki poput koliko je jak i lagan. Znanstvenici i istraživači marljivo rade, istražujući nove tehnike za proizvodnju grafena i istražujući njegove potencijalne upotrebe.
Grafen je umjetni alotrop ili oblik ugljika. Sastoji se od šesterokutne strukture poput grafita, ali je ploča debljine samo jednog atoma što ga čini iznimno laganim. Tehnički se višeslojni listovi još uvijek nazivaju grafen do oko 30 slojeva nakon čega se nazivaju grafit.
U heksagonalnoj strukturi koju grafen koristi, tri od njegova četiri dostupna elektrona tvore jake sigma veze s tri druga ugljikova atoma. Konačni raspoloživi elektron može slobodno putovati po cijelom listu grafena. Slobodni elektron po atomu ugljika čini grafen električno vodljivim, a istraživanja su pokazala da može biti vodljiviji od bakra. Trostruke veze čine grafen toliko teškim za razbijanje da ako napravite ekvivalentno debeo čelični lim, grafen bi bio 100 puta jači od najjačeg čelika.
Samo 2,3% optičke svjetlosti se apsorbira, zbog čega se grafen čini gotovo prozirnim, prvenstveno zbog toga što je debeo samo jedan atom.
Kombinirana snaga, težina i transparentnost grafena ilustrirana je Nobelovom nagradom koju su dva pionirska istraživača dobila 2010. godine. List grafena od jednog kvadratnog metra, ako se oblikuje u viseću mrežu, mogao bi izdržati mačku od 4 kg, dok gotovo potpuno proziran i težak samo kao jedan od mačjih brkova od 0,77 miligrama.
Istraživanja o grafenu provode se u mnogim različitim područjima studija kao što su medicina, elektronika i okoliš. Jedan od glavnih ograničavajućih čimbenika za komercijalne primjene povijesno je bio trošak. Međutim, u desetljeću otkako je prvi put stvoren, cijena izrade grafena značajno je pala, što znači da se počinju pojavljivati komercijalne aplikacije.
Jedna od ključnih industrija u kojoj će potrošači jednog dana vidjeti kako grafen čini razliku bit će baterije. Istraživanja su pokazala da će grafen moći pohraniti velike količine energije u manje i lakše paketi od trenutnih litijevih baterija koje bi se mogle napuniti za nekoliko minuta, a ne sati. Grafenske baterije će vjerojatno također biti fleksibilne, što će im omogućiti da se lako motaju ili oblikuju u različite oblike.