Niewiele jest materiałów, które są reklamowane jako super-materiały, aby je rozpoznać, potrzebujesz kilku niezwykłych funkcji. Grafen to stosunkowo niedawno odkryty materiał, który ma wiele interesujących cech, takich jak jego wytrzymałość i lekkość. Naukowcy i badacze ciężko pracują, badając nowe techniki produkcji grafenu i badając jego potencjalne zastosowania.
Grafen jest sztucznym alotropem lub formą węgla. Składa się z heksagonalnej struktury jak grafit, ale jest to arkusz o grubości zaledwie jednego atomu, co czyni go niezwykle lekkim. Technicznie wielowarstwowe arkusze są nadal nazywane grafenem do około 30 warstw, po czym nazywane są grafitem.
W heksagonalnej strukturze, której używa grafen, trzy z czterech dostępnych elektronów tworzą silne wiązania sigma z trzema innymi atomami węgla. Końcowy dostępny elektron może swobodnie podróżować po całej warstwie grafenu. Wolny elektron na atom węgla sprawia, że grafen przewodzi elektryczność, a badania wykazały, że może on przewodzić lepiej niż miedź. Trzy-silne wiązania sprawiają, że grafen jest tak trudny do złamania, że jeśli zrobisz arkusz stali o takiej samej grubości, grafen byłby 100 razy mocniejszy niż najmocniejsza stal.
Pochłaniane jest tylko 2,3% światła optycznego, przez co grafen wydaje się prawie przezroczysty, głównie dlatego, że ma grubość tylko jednego atomu.
Połączona wytrzymałość, waga i przezroczystość grafenu została zilustrowana w Nagrodzie Nobla przyznanej dwóm pionierskim badaczom w 2010 roku. Jeden metr kwadratowy arkusza grafenu, uformowany w hamak, byłby w stanie utrzymać kota o wadze 4 kg, podczas gdy jest prawie całkowicie przezroczysty i waży tylko tyle, ile jeden z wąsów kota przy 0,77 miligrama.
Badania nad grafenem prowadzone są w wielu różnych dziedzinach nauki, takich jak medycyna, elektronika i ochrona środowiska. Jednym z głównych czynników ograniczających zastosowania komercyjne był historycznie koszt. Jednak w ciągu dekady od powstania grafenu koszty produkcji grafenu znacznie spadły, co oznacza, że zaczynają pojawiać się komercyjne zastosowania.
Jedną z kluczowych branż, w której konsumenci pewnego dnia zobaczą, że grafen wprowadza zmiany, będą baterie. Badania wykazały, że grafen będzie w stanie przechowywać duże ilości energii w mniejszych i lżejszych pakiety niż obecne baterie litowe, które mogą być w stanie naładować w ciągu kilku minut, a nie godziny. Baterie grafenowe prawdopodobnie będą również elastyczne, co umożliwi ich łatwe zwijanie lub formowanie w różne kształty.