Ang Graphene, isang two-dimensional na anyo ng mala-kristal na carbon, alinman sa isang solong layer ng mga carbon atoms na bumubuo ng isang honeycomb (hexagonal) na sala-sala o ilang mga magkakabit na mga layer ng istraktura na ito ng honeycomb. Ang salitang graphene, kapag ginamit nang hindi tinukoy ang form (halimbawa, bilayer graphene, multilayer graphene), ay karaniwang tumutukoy sa solong-layer graphene. Ang Graphene ay isang form ng magulang ng lahat ng mga graphic na istruktura ng carbon: grapayt, na kung saan ay isang three-dimensional crystal na binubuo ng medyo mahina na kasamang mga layer ng graphene; nanotubes, na maaaring kinakatawan bilang mga scroll ng graphene; at mga buckyball, spherical molekula na gawa sa graphene na may ilang mga singsing na heksagonal na pinalitan ng mga singsing na pentagonal.
Mga unang pag-aaral ng graphene
Ang teoretikal na pag-aaral ng graphene ay sinimulan noong 1947 ni pisiko na si Philip R. Wallace bilang isang unang hakbang upang maunawaan ang istrukturang elektroniko ng grapayt. Ang salitang graphene ay ipinakilala ng mga chemists na Hanns-Peter Boehm, Ralph Setton, at Eberhard Stumpp noong 1986 bilang isang kumbinasyon ng salitang grapayt, na tumutukoy sa carbon sa inutos nitong form na mala-kristal, at ang suffix -ene, na tumutukoy sa polycyclic aromatic hydrocarbons kung saan ang mga carbon atoms ay bumubuo ng hexagonal, o anim na panig, mga istruktura ng singsing.
Noong 2004 ang pisika ng Unibersidad ng Manchester na sina Konstantin Novoselov at Andre Geim at mga kasamahan ay naghiwalay ng solong-layer na graphene gamit ang isang napaka-simpleng pamamaraan ng pagtuklas mula sa grapayt. Ang kanilang "pamamaraan ng scotch-tape" ay ginamit ang malagkit na tape upang alisin ang mga tuktok na layer mula sa isang sample ng grapayt at pagkatapos ay ilapat ang mga layer sa isang materyal na substrate. Kapag tinanggal ang tape, ang ilang graphene ay nanatili sa substrate sa form na solong-layer. Sa katunayan, ang pagkuha ng graphene ay hindi isang mahirap na gawain sa sarili; sa bawat oras na may gumuhit ng isang lapis sa papel, ang bakas ng lapis ay naglalaman ng isang maliit na bahagi ng solong-layer at multilayer graphene. Ang nakamit ng pangkat ng Manchester ay hindi lamang upang paghiwalayin ang mga graphene flakes kundi pati na rin pag-aralan ang kanilang mga pisikal na katangian. Sa partikular, ipinakita nila na ang mga electron sa graphene ay may napakataas na kadaliang kumilos, na nangangahulugang ang graphene ay maaaring magamit sa mga elektronikong aplikasyon. Noong 2010 sina Geim at Novoselov ay iginawad sa Nobel Prize for Physics para sa kanilang trabaho.
Sa mga unang eksperimento na ito, ang substrate para sa graphene ay silikon na natural na sakop ng isang manipis na transparent na layer ng silicon dioxide. Ito ay lumitaw na ang solong-layer graphene ay lumikha ng isang optical na kaibahan sa silikon dioxide na sapat na malakas upang makita ang graphene na nakikita sa ilalim ng isang standard na optical mikroskopyo. Ang kakayahang makita na ito ay may dalawang sanhi. Una, ang mga electron sa graphene ay nakikipag-ugnay nang malakas sa mga photon sa nakikita na mga dalas ng ilaw, na sumisipsip ng tungkol sa 2.3 porsyento ng intensity ng ilaw sa bawat layer ng atom. Pangalawa, ang optical na kaibahan ay malakas na pinahusay ng mga pagkagambala na mga phenomena sa silicon dioxide layer; ito ay ang parehong mga phenomena na lumikha ng mga kulay ng bahaghari sa mga manipis na pelikula tulad ng sabon film o langis sa tubig.
