Ci sono pochi materiali che vengono propagandati come super-materiali, per essere riconosciuti come tali sono necessarie alcune caratteristiche piuttosto notevoli. Il grafene è un materiale scoperto relativamente di recente che ha una serie di caratteristiche interessanti come quanto sia forte e leggero. Scienziati e ricercatori stanno lavorando sodo, studiando nuove tecniche per produrre grafene ed esplorandone i potenziali usi.
Il grafene è un allotropo artificiale, o forma, di carbonio. È costituito da una struttura esagonale come nella grafite, ma è una lastra dello spessore di un solo atomo che lo rende estremamente leggero. Tecnicamente i fogli multistrato sono ancora chiamati grafene fino a circa 30 strati dopodiché si parla di grafite.
Nella struttura esagonale utilizzata dal grafene, tre dei suoi quattro elettroni disponibili per formare forti legami sigma con altri tre atomi di carbonio. L'elettrone finale disponibile è libero di viaggiare sull'intero foglio di grafene. L'elettrone libero per atomo di carbonio rende il grafene elettricamente conduttivo e la ricerca ha dimostrato che può essere più conduttivo del rame. I tre legami forti rendono il grafene così difficile da rompere che se si realizzasse un foglio di acciaio di spessore equivalente, il grafene sarebbe 100 volte più forte dell'acciaio più resistente.
Solo il 2,3% della luce ottica viene assorbito, facendo apparire il grafene quasi trasparente, principalmente perché ha uno spessore di un solo atomo.
La forza, il peso e la trasparenza combinati del grafene sono stati illustrati nel Premio Nobel assegnato ai due ricercatori pionieristici nel 2010. Un foglio di grafene di un metro quadrato, se modellato in un'amaca, potrebbe sostenere un gatto di 4 kg, mentre essendo quasi completamente trasparente e pesando solo quanto uno dei baffi del gatto a 0,77 milligrammi.
La ricerca sul grafene viene eseguita in molti campi di studio diversi come la medicina, l'elettronica e l'ambiente. Uno dei principali fattori limitanti per le applicazioni commerciali è stato storicamente il costo. Nel decennio dalla sua creazione, tuttavia, il costo di produzione del grafene è diminuito in modo significativo, il che significa che stanno iniziando a comparire applicazioni commerciali.
Uno dei settori chiave in cui un giorno i consumatori vedranno il grafene fare la differenza sarà quello delle batterie. La ricerca ha dimostrato che il grafene sarà in grado di immagazzinare grandi quantità di energia in ambienti più piccoli e leggeri pacchetti rispetto alle attuali batterie al litio che potrebbero essere in grado di caricare in pochi minuti anziché ore. Le batterie al grafene saranno probabilmente anche flessibili, consentendo loro di essere facilmente arrotolate o modellate in forme diverse.