Графен, двуизмерна форма на кристален въглерод, или един слой въглеродни атоми, образуващи медена (шестоъгълна) решетка, или няколко свързани слоеве от тази структура на пчелна пита. Думата графен, когато се използва, без да се посочва формата (например двуслоен графен, многослоен графен), обикновено се отнася до еднослоен графен. Графен е родителска форма на всички графитни структури от въглерод: графит, който е триизмерен кристал, състоящ се от сравнително слабо свързани слоеве графен; нанотръби, които могат да бъдат представени като свитъци от графен; и букиболи, сферични молекули, направени от графен с някои шестоъгълни пръстени, заменени с петоъгълни пръстени.
Първи изследвания на графен
Теоретичното изследване на графена е започнато през 1947 г. от физика Филип Р. Уолъс като първа стъпка към разбирането на електронната структура на графита. Терминът графен е въведен от химиците Ханс-Питър Боем, Ралф Сеттън и Еберхард Стумп през 1986 г. като комбинация от думата графит, отнасяща се до въглерод в неговата подредена кристална форма, и суфикса -ене, отнасящ се до полициклични ароматни въглеводороди, в които въглеродните атоми образуват шестоъгълни или шестстранни пръстенови структури.
През 2004 г. физиците от Манчестърския университет Константин Новоселов и Андре Гейм и колегите изолират еднослоен графен, използвайки изключително прост метод на ексфолиране от графит. Техният „метод на скоч лента“ използва лепилна лента, за да премахне горните слоеве от проба от графит и след това да нанесе слоевете върху материал от основата. Когато лентата беше премахната, някакъв графен остана върху субстрата под формата на еднослой. Всъщност производното на графена само по себе си не е трудна задача; всеки път, когато някой рисува с молив върху хартия, следата от молив съдържа малка част от еднослоен и многослоен графен. Постижението на групата в Манчестър беше не само да изолира люспи от графен, но и да изучи техните физически свойства. По-специално, те демонстрираха, че електроните в графена имат много висока подвижност, което означава, че графенът може да бъде използван в електронни приложения. През 2010 г. Гейм и Новоселов бяха отличени с Нобелова награда за физика за своя труд.
В тези първи експерименти субстратът за графен е силиций, естествено покрит от тънък прозрачен слой силициев диоксид. Оказа се, че еднослойният графен създава оптичен контраст със силициевия диоксид, който е достатъчно силен, за да направи графена видим под стандартен оптичен микроскоп. Тази видимост има две причини. Първо, електроните в графена взаимодействат много силно с фотоните в честотите на видимата светлина, поглъщайки около 2,3 процента от интензитета на светлината на атомен слой. Второ, оптичният контраст е силно засилен от явленията на смущения в слоя силициев диоксид; това са същите явления, които създават цветове на дъгата в тънки филми като сапунен филм или масло върху вода.
