Există puține materiale care sunt prezentate ca super-materiale, pentru a fi recunoscute ca atare aveți nevoie de câteva caracteristici destul de remarcabile. Grafenul este un material descoperit relativ recent, care are o serie de caracteristici interesante, cum ar fi cât de puternic și ușor este. Oamenii de știință și cercetătorii lucrează din greu, investigând noi tehnici de producere a grafenului și explorând potențialele utilizări ale acestuia.
Grafenul este un alotrop artificial sau o formă de carbon. Este alcătuit dintr-o structură hexagonală ca în grafit, dar este o foaie de numai un atom grosime, ceea ce o face extrem de ușoară. Din punct de vedere tehnic, foile cu mai multe straturi se mai numesc grafen până la aproximativ 30 de straturi după care se numesc apoi grafit.
În structura hexagonală pe care o folosește grafenul, trei dintre cei patru electroni disponibili formează legături sigma puternice cu alți trei atomi de carbon. Ultimul electron disponibil este liber să călătorească pe întreaga foaie de grafen. Electronul liber per atom de carbon face ca grafenul să fie conductiv electric, iar cercetările au demonstrat că poate fi mai conductiv decât cuprul. Legăturile de trei puternice fac ca grafenul să fie atât de greu de rupt, încât dacă ai face o foaie de oțel groase echivalent, grafenul ar fi de 100 de ori mai puternic decât cel mai puternic oțel.
Doar 2,3% din lumina optică este absorbită, ceea ce face ca grafenul să pară aproape transparent, acest lucru se datorează în primul rând faptului că are o grosime de doar un atom.
Rezistența, greutatea și transparența combinate ale grafenului au fost ilustrate în Premiul Nobel pe care cei doi cercetători de pionier l-au acordat în 2010. O foaie de grafen de un metru pătrat, dacă este transformată într-un hamac, ar putea susține o pisică de 4 kg, în timp ce fiind aproape complet transparent și cântărind doar cât una dintre mustățile pisicii la 0,77 miligrame.
Cercetările asupra grafenului sunt efectuate în multe domenii diferite de studiu, cum ar fi medicină, electronică și mediu. Unul dintre principalii factori limitativi pentru aplicațiile comerciale a fost costul. Cu toate acestea, în deceniul de când a fost creat pentru prima dată, costul producerii grafenului a scăzut semnificativ, ceea ce înseamnă că încep să apară aplicații comerciale.
Una dintre industriile cheie în care consumatorii vor vedea într-o zi că grafenul face diferența va fi bateriile. Cercetările au arătat că grafenul va putea stoca cantități mari de energie în mai mici și mai ușoare pachete decât bateriile cu litiu actuale care se pot încărca în câteva minute, mai degrabă decât ore. Bateriile cu grafen vor fi probabil, de asemenea, flexibile, permițându-le să fie ușor rulate sau formate în diferite forme.