יש מעט חומרים שמתוארים כחומרי על, כדי להיות מוכרים ככאלה אתה צריך כמה תכונות די יוצאות דופן. גרפן הוא חומר שהתגלה לאחרונה, שיש לו מספר תכונות מעניינות כמו כמה הוא חזק וקליל. מדענים וחוקרים עובדים קשה, חוקרים טכניקות חדשות לייצור גרפן וחוקרים שימושים פוטנציאליים עבורו.
גרפן הוא אלוטרופ מעשה ידי אדם, או צורה, של פחמן. הוא מורכב ממבנה משושה כמו בגרפיט, אך זהו יריעה בעובי אטום אחד בלבד, מה שהופך אותו לקל במיוחד. מבחינה טכנית יריעות רב-שכבתיות עדיין נקראות גרפן עד כ-30 שכבות שלאחריהן הוא נקרא גרפיט.
במבנה המשושה שגרפן משתמש בו, שלושה מתוך ארבעת האלקטרונים הזמינים שלו ליצור קשרי סיגמה חזקים עם שלושה אטומי פחמן אחרים. האלקטרון הסופי הזמין חופשי לנוע על כל יריעת הגרפן. האלקטרון החופשי לכל אטום פחמן הופך את הגרפן למוליך חשמלית, ומחקר הוכיח שהוא יכול להיות מוליך יותר מנחושת. שלושת הקשרים החזקים הופכים את הגרפן לקשה עד כדי כך שאם תיצור יריעת פלדה עבה שווה ערך, הגרפן יהיה חזק פי 100 מהפלדה החזקה ביותר.
רק 2.3% מהאור האופטי נספג, מה שגורם לגרפן להיראות כמעט שקוף, זה נובע בעיקר מכך שעוביו של אטום בודד בלבד.
החוזק, המשקל והשקיפות המשולבים של גרפן הומחשו בפרס נובל שניתנו לשני החוקרים החלוציים ב-2010. יריעה של מטר מרובע של גרפן, אם יעצבו אותה לערסל, תוכל לתמוך בחתול במשקל 4 ק"ג, בעוד היותו כמעט שקוף לחלוטין ומשקלו של אחד משפם החתול הוא 0.77 מיליגרם בלבד.
מחקר על גרפן מתבצע בתחומי מחקר רבים ושונים כמו רפואה, אלקטרוניקה וסביבה. אחד הגורמים המגבילים העיקריים עבור יישומים מסחריים היה היסטורית העלות. עם זאת, בעשור שחלפו מאז נוצר לראשונה, עלות ייצור הגרפן ירדה משמעותית, כלומר יישומים מסחריים מתחילים להופיע.
אחת מענפי המפתח שבהם הצרכנים יראו יום אחד את הגרפן עושה את ההבדל תהיה הסוללות. מחקר הראה שגרפן יוכל לאחסן כמויות גדולות של כוח בקטנים וקלים יותר חבילות מאשר סוללות ליתיום נוכחיות שעשויות להיות מסוגלות להיטען תוך מספר דקות במקום שעה (ות. סביר להניח שגם סוללות גרפן יהיו גמישות, מה שיאפשר לגלגל אותן בקלות או ליצור אותן בצורות שונות.