Graphene, bentuk dua dimensi karbon kristal, sama ada satu lapisan atom karbon yang membentuk kisi sarang lebah (heksagon) atau beberapa lapisan struktur sarang lebah yang digabungkan ini. Kata graphene, ketika digunakan tanpa menentukan bentuk (misalnya, graphene bilayer, graphene multilayer), biasanya merujuk pada graphene lapisan tunggal. Graphene adalah bentuk induk bagi semua struktur grafit karbon: grafit, yang merupakan kristal tiga dimensi yang terdiri daripada lapisan graphene yang relatif lemah; nanotube, yang mungkin ditunjukkan sebagai tatal graphene; dan bola bucky, molekul sfera yang terbuat dari graphene dengan beberapa cincin heksagon digantikan oleh cincin pentagonal.
Kajian pertama mengenai graphene
Kajian teori graphene dimulakan pada tahun 1947 oleh ahli fizik Philip R. Wallace sebagai langkah pertama untuk memahami struktur elektronik grafit. Istilah graphene diperkenalkan oleh ahli kimia Hanns-Peter Boehm, Ralph Setton, dan Eberhard Stumpp pada tahun 1986 sebagai gabungan kata grafit, merujuk kepada karbon dalam bentuk kristalnya yang diperintahkan, dan akhiran -ene, merujuk kepada hidrokarbon aromatik polikiklik di mana atom karbon membentuk struktur cincin heksagon, atau enam sisi.
Pada tahun 2004 ahli fizik Universiti Manchester, Konstantin Novoselov dan Andre Geim dan rakan-rakannya mengasingkan graphene lapisan tunggal menggunakan kaedah pengelupasan yang sangat mudah dari grafit. "Kaedah pita skotik" mereka menggunakan pita pelekat untuk menghilangkan lapisan atas dari sampel grafit dan kemudian menerapkan lapisan ke bahan substrat. Semasa pita dikeluarkan, beberapa graphene tetap berada di substrat dalam bentuk lapisan tunggal. Sebenarnya, penghasilan graphene bukanlah tugas yang sukar dengan sendirinya; setiap kali seseorang melukis dengan pensil di atas kertas, jejak pensil mengandungi pecahan kecil graphene lapisan tunggal dan multilayer. Pencapaian kumpulan Manchester bukan hanya untuk mengasingkan serpihan graphene tetapi juga untuk mengkaji sifat fizikal mereka. Secara khusus, mereka menunjukkan bahawa elektron dalam graphene memiliki mobilitas yang sangat tinggi, yang bermaksud bahawa graphene mungkin dapat digunakan dalam aplikasi elektronik. Pada tahun 2010 Geim dan Novoselov dianugerahkan Hadiah Nobel Fizik untuk kerja mereka.
Dalam eksperimen pertama ini, substrat untuk graphene adalah silikon yang diliputi secara semula jadi oleh lapisan silikon dioksida yang telus. Ternyata graphene lapisan tunggal menghasilkan kontras optik dengan silikon dioksida yang cukup kuat untuk menjadikan graphene dapat dilihat di bawah mikroskop optik standard. Penglihatan ini mempunyai dua sebab. Pertama, elektron dalam graphene berinteraksi sangat kuat dengan foton dalam frekuensi cahaya yang dapat dilihat, menyerap sekitar 2.3 peratus intensiti cahaya per lapisan atom. Kedua, kontras optik ditingkatkan dengan fenomena gangguan pada lapisan silikon dioksida; ini adalah fenomena yang sama yang mencipta warna pelangi dalam filem nipis seperti filem sabun atau minyak di atas air.
