Grafén forrásának megtekintése

{{Nanotechnológia navoszlop/Szén nanoszerkezetek}}A '''grafén''' a [[szén]] egy [[nanoszerkezet]]ű [[Allotrópia|allotrop]] módosulata, egy egyetlen atom vastagságú [[grafit]]réteg, melyet [[méhsejtrács]]os elrendezésben álló szénatomok alkotnak. Más megközelítésben tekinthető végtelen kiterjedésű [[Aromás szénhidrogének|aromás]] [[Óriásmolekula|óriásmolekulának]], illetve extrém méretű [[Policiklusos aromás szénhidrogének|policiklusos aromás szénhidrogénnek]].<ref>{{Cite web|url=http://goldbook.iupac.org/html/G/G02683.html|title=IUPAC Gold Book - graphene layer|accessdate=2018-02-02|last=Chemistry|first=International Union of Pure and Applied|work=goldbook.iupac.org|language=en|doi=10.1351/goldbook.G02683}}</ref>

A grafit egyatomos rétegeivel kapcsolatban már a 20. század közepén is volt elképzelés, és 1962-ben önállóan is észlelték a grafénlemezeket [[elektronmikroszkóp]]os vizsgálatok során.<ref>{{cite journal|author=H. P. Boehm et al.|year=1962|title=Das Adsorptionsverhalten sehr dünner Kohlenstoff-Folien|journal=Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|publisher=[[Wiley-Blackwell]]|volume=316|issue=3-4|pages=119–127|doi=10.1002/zaac.19623160303|issn=0044-2313}}</ref> Előállításukra egy frappáns eljárást javasolt 2004-ben [[Andre Geim]] és [[Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov]], a [[Manchesteri Egyetem]] fizikusai, mely eredményükért 2010-ben [[fizikai Nobel-díj]]at kaptak.<ref>{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/|title=The Nobel Prize in Physics 2010|accessdate=2018-02-02|work=www.nobelprize.org}}</ref> A két fizikus speciális ragasztószalag segítségével addig szedett le rétegeket egy grafittömbről, amíg sikerült belőle egyetlen atomnyi réteget elválasztani. E munkájuk nyomán a grafén az alapkutatás és a mérnöki fejlesztőmunka népszerű témájává vált a 2000-es évek első és második évtizede határán. Kínai tudósok a [[napelem]]ek felületére juttatva elérték, hogy sötétben, ill. esőben is termeljenek [[elektromos áram]]ot.<ref>Tudomány minden napra, M5 televízió, 2018. május 29.</ref>

== Kutatása ==

=== Története ===
[[Fájl:Nobel Prize 2010-Press Conference KVA-DSC 8006.jpg|bélyegkép|200px|[[Andre Geim]] és [[Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov]] 2010-ben|balra]]A grafén felfedezésének fontos előzményei közé tartozik, hogy 1859-ben [[Benjamin Collins Brodie]] angol kémikus lemezes szerkezetű termékeket figyelt meg grafiton végzett termikus oxidáció során.<ref name="credit">{{cite journal|author=A. K. Geim|year=2012|title=Graphene prehistory|journal=[[Physica Scripta]]|volume=146|pages=014003|doi=10.1088/0031-8949/2012/T146/014003|bibcode=2012PhST..146a4003G}}</ref><ref>{{cite journal|author=B. C. Brodie|year=1859|title=On the Atomic Weight of Graphite|journal=[[Philosophical Transactions of the Royal Society of London]]|volume=149|issue=|pages=249–259|doi=10.1098/rstl.1859.0013|bibcode=1859RSPT..149..249B|jstor=108699}}</ref> A szerkezetét 1916-ban [[Peter Debye]] és [[Paul Scherrer]] határozta meg [[pordiffrakció]]s vizsgálatokkal.<ref>{{cite journal|author=[[Peter Debye|P. Debye]]|coauthors=[[Paul Scherrer|P. Scherrer]]|year=1916|title=Interferenz an regellos orientierten Teilchen im Röntgenlicht I|language=német|journal=Physikalische Zeitschrift|volume=17|page=277|url=http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?PPN252457811_1916/dmdlog4|authorlink1=Peter Debye}}</ref> Az anyag részletes vizsgálatait Kohlschütter és Haenni német fizikusok végezték el 1918-ban, a grafit-oxid papírral kapcsolatos kutatásaik során.<ref name="Kohlschuttler1918">{{cite journal|author=V. Kohlschütter|coauthors=P. Haenni|year=1919|title=Zur Kenntnis des Graphitischen Kohlenstoffs und der Graphitsäure|language=német|journal=Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|volume=105|issue=1|pages=121–144|doi=10.1002/zaac.19191050109|last2=|trans_title=}}</ref> Az anyagszerkezet részletesebb leírását adta [[John Desmond Bernal]] ír kutató egykristály-diffrakciós vizsgálatokon alapuló 1924-es eredménye.<ref>{{cite journal|last=Bernal|first=JD|authorlink=John Desmond Bernal|year=1924|title=The Structure of Graphite|journal=Proc. R. Soc. Lond.|volume=A106|issue=740|pages=749–773|doi=10.1098/rspa.1924.0101|jstor=94336|bibcode=1924RSPSA.106..749B}}</ref><ref>{{cite journal|last=Hassel|first=O|year=1924|title=Über die Kristallstruktur des Graphits|language=German|journal=Zeitschrift für Physik|volume=25|pages=317–337|doi=10.1007/BF01327534|last2=Mack|first2=H|trans_title=|bibcode=1924ZPhy...25..317H}}</ref>

A grafén-egyréteg első elméleti leírását [[Philip Russell Wallace]] kanadai elméleti fizikus adta 1947-ben, mely egyben lehetőséget adott a háromdimenziós grafit elektromos és mechanikai tulajdonságainak jobb megértésére is.<ref name=":2">{{cite journal|author=P. R. Wallace|date=1947-05-01|title=The Band Theory of Graphite|language=angol|journal=[[Physical Review]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=71|issue=9|pages=622–634|doi=10.1103/physrev.71.622|url=http://www-f1.ijs.si/~ramsak/Nanofizika/grafen/Wallace47.pdf|format=PDF|issn=0031-899X}}</ref> Ezen elmélet következménye, hogy a grafénben terjedő elektronokra felírt [[Dirac-egyenlet]]ből nulla [[effektív tömeg]] származik, melyre elsőként Semenoff kanadai fizikus, illetve DiVincenzo és Mele kutatók mutattak rá.<ref name="devincenzo">{{cite journal|author=D. P. DiVincenzo|coauthors=E. J. Mele|year=1984|title=Self-Consistent Effective Mass Theory for Intralayer Screening in Graphite Intercalation Compounds|journal=[[Physical Review B]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=295|issue=4|pages=1685–1694|doi=10.1103/PhysRevB.29.1685|last2=Mele|first2=E. J.|bibcode=1984PhRvB..29.1685D}}</ref><ref name="2dgasDiracFermions">{{cite journal|author=K. S. Novoselov|coauthors=A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov|year=2005|title=Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene|journal=[[Nature]]|publisher=[[Springer Nature]]|volume=438|issue=7065|pages=197–200|doi=10.1038/nature04233|pmid=16281030|arxiv=cond-mat/0509330|bibcode=2005Natur.438..197N}}</ref> Semenoff emellett arra a következtetésre is jutott, hogy a grafén [[reciprokrács]]ának a Dirac-pontban [[Landau-nívó]] jelentkezik, ha az anyagot [[mágneses erő]]térbe helyezzük. Ezzel magyarázható az anomális egész számú [[kvantum-Hall-effektus]] jelensége a grafénben.<ref name="Gusynin">{{cite journal|author=V. P. Gusynin|coauthors=S. G. Sharapov|year=2005|title=Unconventional Integer Quantum Hall Effect in Graphene|journal=[[Physical Review Letters]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=95|issue=14|page=146801|doi=10.1103/PhysRevLett.95.146801|pmid=16241680|arxiv=cond-mat/0506575|bibcode=2005PhRvL..95n6801G}}</ref><ref name="Berry'sPhase">{{cite journal|author=Y. Zhang|coauthors=Y. W. Tan, H. L. Stormer, P. Kim|year=2005|title=Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene|journal=[[Nature]]|publisher=[[Springer Nature]]|volume=438|issue=7065|pages=201–204|doi=10.1038/nature04235|pmid=16281031|arxiv=cond-mat/0509355|bibcode=2005Natur.438..201Z}}</ref>

Előállítási módjára Andre Geim és Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov 2004-ben javasolt egy eljárást, munkájukat Hanns-Peter Boehm németi fizikus és kutatótársai 1962-es eredményeire alapozták.<ref name="credit" /><ref>{{Cite journal|last=Boehm|first=H. P.|date=1 July 1962|title=Das Adsorptionsverhalten sehr dünner Kohlenstoff-Folien|journal=Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie|volume=316|issue=3–4|pages=119–127|doi=10.1002/zaac.19623160303|issn=1521-3749|first2=A.|last2=Clauss|first3=G. O.|last3=Fischer|first4=U.|last4=Hofmann}}</ref> Maga a grafén kifejezés is Boehm kutatócsoportjától származik 1986-ból.<ref name="name">{{cite journal|author=H. P. Boehm|coauthors=R. Setton, E. Stumpp|year=1986|title=Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|publisher=[[Elsevier]]|volume=24|issue=2|pages=241|doi=10.1016/0008-6223(86)90126-0|url=http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.566.9868&rep=rep1&type=pdf}}</ref>

=== Hazai kutatása ===
A grafént érintő témakörökben Magyarországon számos publikáció született, a magyar kutatók a világ élvonalához tartoznak a grafén kutatásában. Az [[Magyar Tudományos Akadémia|MTA]] [[Természettudományi Kutatóközpont]]jának [[MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet|Műszaki Fizikai és Anyagtudományi intézetében]] intenzív kutatás zajlik a témában. Foglalkoznak például grafén grafitból való, kísérleti célú előállításával, nanométeres mérettartományú megmunkálásával,<ref name=":0">{{cite journal|author=Tapasztó Levente|coauthors=Dobrik Gergely, Philippe Lambin, Biró László P.|date=2008-06-08|title=Tailoring the atomic structure of graphene nanoribbons by scanning tunnelling microscope lithography|journal=[[Nature Nanotechnology]]|publisher=[[Springer Nature]]|volume=3|issue=7|pages=397–401|doi=10.1038/nnano.2008.149|url=https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0806/0806.1662.pdf|issn=1748-3387}}</ref> a grafén elektromos jellemzőinek a szerkezeti kialakítása általi befolyásolásával, a grafén különféle [[Pásztázó alagútmikroszkóp|pásztázó mikroszkópiai]] eszközökkel való módosításával,<ref>{{cite journal|author=Biró László P.|coauthors=Philippe Lambin|year=2010|title=Nanopatterning of graphene with crystallographic orientation control|journal=[[Carbon]]|publisher=[[Elsevier]]|volume=48|issue=10|pages=2677–2689|doi=10.1016/j.carbon.2010.04.013|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/Carbon_48_2677_graphene_nanopatterning.pdf|format=PDF|issn=0008-6223}}</ref> illetve a grafén [[spintronika]]i,<ref>{{cite journal|last=Vancsó Péter|date=2017-02-24|title=A magnetic phase-transition graphene transistor with tunable spin polarization|journal=[[2D Materials]]|publisher=[[IOP Publishing]]|volume=4|issue=2|page=024008|doi=10.1088/2053-1583/aa5f2d|url=https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1702/1702.02458.pdf|issn=2053-1583|last2=Hagymási Imre, Tapasztó Levente}}</ref> illetve [[Mágnesség|mágneses]] jellemzőivel,<ref>{{cite journal|last=Magda|first=Gábor Zsolt et al|year=2014|title=Room-temperature magnetic order on zigzag edges of narrow graphene nanoribbons|journal=[[Nature]]|publisher=[[Springer Nature]]|volume=514|issue=7524|pages=608–611|doi=10.1038/nature13831|url=https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1411/1411.1196.pdf|issn=0028-0836}}</ref> illetve grafénen kialakított [[kvantumpötty]]ök vizsgálataival.<ref>{{cite journal|author=Nils M. Freitag|coauthors=Larisa A. Chizhova, Nemes-Incze Péter, Colin R. Woods, Roman V. Gorbachev, Yang Cao, Andre K. Geim, Kostya S. Novoselov, Joachim Burgdörfer, Florian Libisch, Morgenstern Florian, Markus Morgenstern|date=2016-08-08|title=Electrostatically Confined Monolayer Graphene Quantum Dots with Orbital and Valley Splittings|journal=[[Nano Letters]]|publisher=[[Amerikai Kémiai Társaság]]|volume=16|issue=9|pages=5798–5805|doi=10.1021/acs.nanolett.6b02548|issn=1530-6984}}</ref>

A BME Természettudományi Karának Fizika Tanszékén foglalkoznak többek között grafénen kialakított nanorések jellemzésével.<ref>{{cite journal|author=Maria El Abbassi|coauthors=Pósa László, Makk Péter, Cornelia Nef, Kishan Thodkar, Halbritter András, Michel Calame|year=2017|title=From electroburning to sublimation: substrate and environmental effects in the electrical breakdown process of monolayer graphene|journal=[[Nanoscale]]|publisher=[[Royal Society of Chemistry]]|volume=9|issue=44|pages=17312–17317|doi=10.1039/c7nr05348g|issn=2040-3364}}</ref>

Az [[Európai Bizottság]] 2012-ben kiválasztott két kiemelt kutatási projektjének egyike a grafénkutatás. A [[Graphene Flagship]] keretében végzett kutatásokban magyar kutatók is közreműködnek.<ref name=":1">{{Cite web|url=https://mno.hu/tudomany/a-mindennapokban-hasznalhato-szuperanyag-nyomaban-1377522|title=A mindennapokban használható szuperanyag nyomában|accessdate=2018-02-05|author=Molnár Csaba|date=2016-12-20|work=mno.hu|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180209182519/https://mno.hu/tudomany/a-mindennapokban-hasznalhato-szuperanyag-nyomaban-1377522|archivedate=2018-02-09}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.ttk.mta.hu/en/2014/06/akademiai-kutatok-csatlakoznak-a-kiemelt-unios-grafenkutato-programhoz/|title=MFA’s Professor László P. Biró joins the Graphene Flagship project {{!}} MTA TTK|accessdate=2018-02-05|work=www.ttk.mta.hu|language=en-US|archívurl=https://web.archive.org/web/20180206131634/http://www.ttk.mta.hu/en/2014/06/akademiai-kutatok-csatlakoznak-a-kiemelt-unios-grafenkutato-programhoz/|archívdátum=2018-02-06|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180206131634/http://www.ttk.mta.hu/en/2014/06/akademiai-kutatok-csatlakoznak-a-kiemelt-unios-grafenkutato-programhoz/|archivedate=2018-02-06}}</ref>

== Előállítása ==
Előállítása történhet grafit mikromechanikai hántolásával, például csiszolt szilíciumfelülethez való dörzsöléssel vagy ragasztószalaggal való letépéssel (a letépett grafitrétegre újból ragasztószalagot téve, majd azt lerántva egyre vékonyabb, végül egy atom vastagságú réteg nyerhető, ezt az eljárást használták eredetileg a később Nobel-díjjal kitüntetett kutatók is<ref>{{CitPer|szerző=Márk Géza|szerző2=Vancsó Péter|szerző3=Biró László Péter|cím=Lehet-e tökéletes nanoelektronikai eszközöket készíteni tökéletlen grafénből?|periodika=Fizikai szemle|év=2013|hónap=11|évfolyam=LXIII|szám=11|oldal=381–385|issn=0015–3257|nyelvkód=hu|url=http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1311/mark1311.html|elér=2019-01-04|archívurl=https://web.archive.org/web/20190805122326/http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz1311/mark1311.html|archívdátum=2019-08-05}}</ref>).
További módszer lehet a grafit kémiai hántolása, az epitaxiális növesztés (megfelelő hordozóban magas hőmérsékleten szénatomokat abszorbeálnak, majd hűtés hatására a szén a felületre diffundálva grafénréteget képez), etil-alkohol nátriumos redukciója, majd a kapott köztitermék pirolízise; a [[kémiai gőzfázisú leválasztás]], valamint a szénnanocsövek hosszanti felhasítása.<ref>{{CitPer|szerző=Braun Tibor|cím=Grafén: a grafit hántolásától a szénnanocsövek kicipzározásáig|alcím=A kétdimenziós nanokémia ígéretes világa|periodika=Magyar kémikusok lapja|év=2009|hónap=12|évfolyam=LXIV|szám=12|oldal=371–376|issn=0025-0163|nyelvkód=hu|url=http://www.mkl.mke.org.hu/images/stories/downloads/2009/2009_12.pdf|elér=2019-01-04|archívurl=https://web.archive.org/web/20201008044531/http://www.mkl.mke.org.hu/images/stories/downloads/2009/2009_12.pdf|archívdátum=2020-10-08}}</ref>

== Fizikai jellemzői ==

=== Szerkezete és mechanikai tulajdonságai ===
A grafén izolált előállítására alkalmas módszer 2004-es kidolgozása előtt nem volt ismert más kétdimenziós, kristályos anyag. Emellett a Mermin–Wagner-tétel<ref>{{cite journal|author=N. D. Mermin|coauthors=H. Wagner|date=1966-11-28|title=Absence of Ferromagnetism or Antiferromagnetism in One- or Two-Dimensional Isotropic Heisenberg Models|journal=[[Physical Review Letters]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=17|issue=22|pages=1133–1136|doi=10.1103/physrevlett.17.1133|issn=0031-9007}}</ref> értelmében kétdimenziós rácsot nem jellemezhet hosszútávú rend, a [[hőmozgás]] miatt az atomok kitérése összemérhető a [[rácsállandó]]val. Emiatt sokan úgy vélték, hogy kétdimenziós kristály a természetben nem fordulhat elő, mert a hőmozgás szétzilálja a szerkezetet. Csak később, a grafénen történt vizsgálatok ismeretében oldották fel ezt az ellentmondást. A szilárdtestfizikai magyarázat szerint a szabadon álló grafén valójában nem tökéletesen sík, hanem felülete fodrozódik, mely a grafén síkbeli rácsrezgéseivel [[Csatolás (fizika)|csatolásba]]{{Wd|Q949350}} kerülve stabilizálja a szerkezetet.

A grafén síkjában szénatomok találhatók, melyek legkülső betöltetlen elektronhéján négy elektron található. A hatszöges rács úgy alakul ki, hogy az atomi szén egy s- és három p-pályája hibridizáció során térben átrendeződik. A grafén síkjában sp<sup>2</sup> hibridpályák jönnek létre, melyek segítségével a szénatomok síkbeli [[Kovalens kötés|σ-kötéseket]] létesítenek. Ezek a kötések biztosítják a szerkezet stabilitását és rugalmasságát. A szénatom körül a három kötés 120°-os szögben helyezkedik el, a szomszédos szénatomok jellemző távolsága 0,142 nm.{{h|Castro Neto|2009|o=110}}<gallery widths="180" heights="180" class="center">
Fájl:Carbon nanoribbon povray.PNG|Egyrétegű, véges kiterjedéső grafén 3D-ábrája
Fájl:Graphene SPM.jpg|[[Pásztázó alagútmikroszkóp]]pal (STM-mel) letérképezett grafénminta szerkezeti felépítését mutató 3D-rekonstrukció
Fájl:Graphene HRTEM.jpg|Nagyfelbontású [[transzmissziós elektronmikroszkóp]]pal (HRTEM-mel) készült felvétel grafénrétegekről
Fájl:Graphene structure.svg|A grafén [[kovalens kötés]]ben álló szénatomok hatszöges rácsa (a kettős kötések jelölése a benzolhoz hasonlóan csak minden második kötésnél jelölendő, de ettől eltekintve tetszőleges)
Fájl:Graphene-TEM.jpg|A grafén hatszöges rácsa TEM-mel közvetlenül is vizsgálható
</gallery>

=== Elektromos jellemzői ===
Az ideális grafénban az elektronok [[Elektronmobilitás|mobilitása]] meghaladhatja a {{Szám|1000000|cm<sup>2</sup>/Vs}}-ot,<ref>{{cite journal|last=D. C. Elias et al|date=2011-07-24|title=Dirac cones reshaped by interaction effects in suspended graphene|journal=[[Nature Physics]]|publisher=[[Springer Nature]]|volume=7|issue=9|pages=701–704|doi=10.1038/nphys2049|issn=1745-2473}}</ref> ami mikrométeres méretben már szobahőmérsékleten is veszteségmentes [[ballisztikus vezetés]]nek felel meg. Ez azt jelenti, hogy a hibamentes grafénen nem szabadul fel [[Elektromos áram#Hőhatás|Joule-hő]], amikor áramot vezet, ellenállása pedig igen csekély, hiszen az elektronok rajta áthaladva alig szenvednek szóródást. A gyakorlatban hibamentes grafén előállítása nehéz, továbbá a grafénre kapcsolt elektromos csatlakozókon (elektródákon) jelentkezik Joule-hő.

Az extrém elektromos jellemzők a szerkezet mikroszkopikus jelenségeivel, az anyag sajátos [[kristályszerkezet]]ével, illetve [[Sávszerkezet|elektromos sávszerkezetével]] magyarázhatók. A kétdimenziós anyagban az elektronok a tér két irányában szabadon elmozdulhatnak, a grafénsíkra merőlegesen azonban [[kvantumbezárás]]i jelenség lép fel, mely további érdekes jelenségekhez vezet.{{h|Castro Neto|2009|o=110}}

A grafén szénatomjainak [[Hibridizáció|hibridizált]] pályái igen nagy hatással vannak a nanoanyag sávszerkezetére is. A három síkbeli σ-kötés a szénatomnak három elektronját kényszeríti között molekulapályára, a negyedik [[vegyértékelektron]] viszont a sík alatt és felett, a megmaradt p-pályán helyezkedik el. E negyedik elektron a sík alatt és felett kovalens π-kötést alakít ki a szomszédos szénatomok között. A σ-kötő elektronok számára a kötéseik alkotta energiasáv teljesen betöltött, így ezeken elektromos vezetés nem történik. Azonban a π-kötések csak félig betöltöttek, rajtuk a töltéshordozók a grafénrács síkjában elmozdulhatnak, így elektromos vezetés jöhet létre.{{h|Castro Neto|2009|o=110}}

A grafitot felépítő grafénrétegek feltételezett [[Félfém (szilárdtestfizika)|félfémes]] jellegéről már P. R. Wallace is tett említést a grafit elektronszerkezetéről szóló 1947-es munkájában.<ref name=":2" /> A félfémes jelleg egyfajta átmenet a [[Fémek|fémes vezető]] és a [[félvezető]] között: a [[Fermi-szint]] körül a vezetési sáv és a vegyértéksáv éppen összeér a [[Reciprokrács|reciproktér]] bizonyos pontjaiban. Így ezekben a pontokban maga a Fermi-szint is megengedett energián van, bár a grafén esetén az [[állapotsűrűség]] ebben a pontban éppen nulla.{{h|Castro Neto|2009|o=110}}

A szerkezet következtében a Fermi-szint feletti kis gerjesztési szinteken a sávelektronok [[effektív tömeg]]e nulla, és bár nem [[Relativitáselmélet|relativisztikus]] fizikai jelenségkörről van szó, a vezetési sáv elektronjainak viselkedésére a [[Schrödinger-egyenlet]] helyett meglepő módon mégis a [[Dirac-egyenlet]] ad jó leírást.{{h|Castro Neto|2009|o=111}} <gallery widths="180" heights="180" class="center">
Fájl:Real and reciprocal space unit vectors of graphene lattice.svg|A grafén direkt rácsa (a) és reciprokrácsa (b)
Fájl:Graphene Band Contour.svg|A grafén Brillouin-zónájának kontúrábrája. A reciprokrács rácspontjai a K hullámszámú reciprok-rácsvektoroknál jelentkeznek, melyek a direkt rácshoz hasonlóan szintén hatszöges rácsot alkotnak (a K/K' megkülönböztetés csak többrétegű grafén esetén érvényes)
Fájl:Graphene Brillouin Zone & Linear Dispersion.PNG|A [[reciprokrács]] [[Brillouin-zóna|Brillouin-zónájának]] Dirac-pontjaiban a vezetési és a vegyértéksáv pontszerűen összeér
</gallery>

=== Optikai jellemzői ===
{{csonk-szakasz}}
A grafén ismételt 400 °C-ra való hevítésből és 25 °C-ra való hűtésből álló ciklikus hőkezeléssel „meggyűrhető” oly módon, hogy az elektronok és a fotonok kölcsönhatásából létrejövő plazmonok csapdába kerüljenek látható fény esetén. Ez lehetővé teszi nagyon kis koncentrációban jelenlévő anyagok észlelését is.<ref>{{cite web|url=https://www.origo.hu/tudomany/20211119-elkh-grafenbol-keszitettek-kvantumcsapdat-a-fenynek-az-ek-kutatoi.html|title=Kvantumcsapdát készítettek magyar kutatók|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211119103110/https://www.origo.hu/tudomany/20211119-elkh-grafenbol-keszitettek-kvantumcsapdat-a-fenynek-az-ek-kutatoi.html|archivedate=2021-11-19|date=2021-11-19|accessdate=2023-04-15}}</ref>

=== Termikus jellemzői ===
{{csonk-szakasz}}
==Kémiai jellemzői==
{{csonk-szakasz}}

==Egyéb tulajdonságai==
A grafén különleges optikai tulajdonságai miatt csak a vörös fény <math>\pi\alpha\approx2,29253092131\%</math>-át veri vissza.
{{Csonk-szakasz}}

== Típusai ==
{{csonk-szakasz}}

=== Többrétegű grafén ===
{{csonk-szakasz}}
=== Grafén nanoszalag ===
{{Bővebben|Grafén nanoszalag}}

=== Kapcsolata más szén nanoszerkezetekkel ===
{{csonk-szakasz}}
=== Extrém szerkezetek ===
{{csonk-szakasz}}
==Alkalmazásai==
A grafén extrém tulajdonságokkal rendelkező nanoszerkezetű alapanyag, amely az elektronikától az orvostudományig nagyon sok területen ígér áttörésjellegű előrelépést. A grafén keményebb a gyémántnál, jobb elektromos vezető a réznél, és rugalmasabb a guminál, bár e jellemzőit a gyakorlatban néha nehéz kihasználni.

2012 végéig a világon összesen 7351, grafénnel kapcsolatos szabadalmi bejelentés született, a legtöbb, 2200 a kínai intézményeké és vállalatoké. Az Egyesült Államok a második helyen áll 1754 szabadalommal. Az Egyesült Királyság, ahol felfedezték az anyagot 2004-ben, csak 54 szabadalmat tud felmutatni, 16 a Manchesteri Egyetemhez kötődik, ahol 2013-ban is ott dolgozik a két Nobel-díjas kutató. Vállalatok szerint a Samsung 407, az IBM 134 szabadalmat birtokol.<ref>{{cite web|url=http://nol.hu/archivum/20130117-elottunk_a_grafenalapu_vilag|title=NOL: előttünk a grafénalapú világ|accessdate=2013-1-18}}</ref>

A kutatók évek óta dolgoznak azon, hogy leváltsák a lítiumion akkumulátorokat. Az egyik kihívó a grafén, amivel egy okostelefon töltése másodpercekbe, egy elektromos autóé pedig csupán percekbe telne. A XXI. század csodaanyagának tartott grafén kutatására az Európai Unió egymilliárd eurós támogatást nyújtott, ami jól mutatja, mennyire komoly lehetőséget látnak benne.

=== Textilipar ===
Jelentős kutatások folynak a grafén [[textilipar]]i alkalmazására is. E kutatásoknak jelenleg két iránya van: elektromosan vezető textilanyagok<ref>{{cite web|url=http://www.gizmag.com/graphene-coated-fibers-electronic-fabric/37495/|author=Chris Wood|title=Graphene-coated fibers make a good fit for wearable electronics|accessdate=2015-9-4}}</ref> ill. hőálló és nagy kopásállóságú textíliák kifejlesztése.<ref>{{cite web|url=http://www.materialsgate.de/de/mnews/58418/Textilien+Wundermaterial+Graphen+goes+Textile.html|title=Wundermaterial Graphene goes textile|accessdate=2015-9-4|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150911172327/http://www.materialsgate.de/de/mnews/58418/Textilien+Wundermaterial+Graphen+goes+Textile.html|archivedate=2015-09-11}}</ref> Az előbbi irányzat célja olyan [[szálasanyagok]] ill. [[kelme|kelmék]] előállítása, amelyek grafén bevonatuk révén nagy elektromos vezetőképességűek és ezért alkalmasak [[intelligens ruházat|intelligens ("okos") ruházatokban]] különböző beépített elektronikus készülékek befogadására és működtetésére. A hőálló és nagy kopásállóságú textíliáknak a védőruhák területén van igen nagy szerepe és amennyiben grafén bevonattal ezeket a tulajdonságokat javítani lehet, ezzel elérhető, hogy ezek az öltözékek sokkal vékonyabbak, könnyebbek legyenek, mint a jelenlegi, sokkal összetettebb szerkezetű védőöltözetek, megkönnyítve ezzel viselőjük mozgását és javítva munkavégzésének hatékonyságát.

A pépszerű állapotba hozott grafén alkalmas arra, hogy a [[szitanyomás]] technikájával textilanyagra rétegezzék és ezzel a módszerrel érzékelőket állítsanak elő, amelyek a test hőmérsékletéről, a testfelületet ért nyomásról, a testrész mozgásáról stb. küldjenek információt. A grafén [[bakteriosztatikus hatás]]a is kihasználható a közvetlenül a testen viselt alsóruházatoknál. Nagyfokú hővezető képessége folytán a grafénbevonat segít a hő egyenletes elosztásában a ruhadarab belső felszínén. A grafén és a víz ill. a grafén és a levegő között nagyon kicsi a súrlódási tényező, ami számos alkalmazási területen (pl. egyes sportruházati termékeknél) előnyös lehet.<ref>{{cite web|url=http://www.idtechex.com/research/articles/g-textile-applications-graphene-textiles-00010623.asp|title=G+ Textile Applications|accessdate=2017-06-27}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.innovationintextiles.com/directa-plus-and-colmar-launch-second-grapheneenhanced-sportswear-collection|title=Directa Plus and Colmar launch second graphene-enhanced sportswear collection|accessdate=2017-06-27}}</ref>

=== Elektronika ===
A grafén mindössze 2%-át nyeli el a látható fénynek, közben kitűnő [[Elektromos vezetés|vezetőképességgel]] rendelkezik. E két tulajdonsága révén fényáteresztő elektródaként alkalmazható, így például kijelzők alapanyagává válhat, kiváltva a ma használatos, de drága [[Indium-ón-oxid|ITO]]-t. A grafén előnye továbbá, hogy rugalmas, így hajlékony kijelzők kialakítására lehetne alkalmazni.<ref name=":1" />

Jó vezetőképessége révén viszonylag nagy a mikrohullámú sugárzást elnyelő képessége. E jellemzője révén például elképzelhető, hogy a bizalmas adatok lehallgatását gátló eszközök, illetve lopakodó repülőgépek kifejlesztésénél is alkalmazzák. A mikrohullámú visszaverés például [[szigetelő]]rétegek és grafénrétegek váltakozó kialakításával minimalizálható.<ref name=":1" />

=== A jövő ===
* Tengervíz-sótalanítás<ref>{{Cite web|url=http://www.nanotechnology.hu/magyarul/2017/2017_05_03_info_radio.pdf|title=Milliárdok életét teheti jobbá ez a technológia (beszélgetés Bíró László Péterrel)|accessdate=2018-02-05|author=Domanits András|year=2017|work=Szigma - a holnap világa (tudományos magazinműsor)}}</ref>
* Nanoáramkörök<ref name=":0" />
* 
{{Csonk-szakasz}}

== Környezeti és egészségügyi hatásai ==
{{csonk-szakasz}}
== Jegyzetek ==
{{Reflist|2}}

== Fordítás ==
{{Fordítás|en|History of graphene|oldid=822378871}}

== Források ==

=== Szakkönyvek ===
* {{cite book|last=Katsnelson|first=M. I.|title=Graphene : carbon in two dimensions|publisher=[[Cambridge University Press]]|publication-place=New York|year=2012|isbn=978-0-521-19540-9}}
* {{cite book|last=Choi|first=Wonbong|title=Graphene : synthesis and applications|publisher=CRC Press|publication-place=Boca Raton|year=2012|isbn=978-1-4398-6187-5}}
* {{cite book|last=Shafraniuk|first=Serhii|title=Graphene : fundamentals, devices, and applications|publisher=Pan Stanford Publishing|publication-place=Singapore|year=2015|isbn=978-981-4613-47-7}}

=== Tudományos közlemények ===
* {{cite journal|author=A. K. Geim|last=|first=|coauthors=K. S. Novoselov|year=2007|title=The rise of graphene|journal=[[Nature Materials]]|volume=6|issue=3|pages=183–91|doi=10.1038/nmat1849|pmid=17330084|last2=|first2=|bibcode=2007NatMa...6..183G}}
* {{href|Castro Neto|2009|{{cite journal|last=A. H. Castro Neto et al|date=2009-01-14|title=The electronic properties of graphene|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=81|issue=1|pages=109–162|doi=10.1103/revmodphys.81.109|issn=0034-6861|url=https://arxiv.org/pdf/0709.1163.pdf|accessdate=2018-02-07}}}}
* {{cite journal|author=A. K. Geim|year=2012|title=Graphene prehistory|journal=[[Physica Scripta]]|volume=146|pages=014003|doi=10.1088/0031-8949/2012/T146/014003|bibcode=2012PhST..146a4003G}}

=== Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok ===
* {{Cite web|url=https://quark.phy.bnl.gov/~pisarski/talks/Colloquia/tsvelik/Graphene.ppt|title=Physics of Graphene (tanulmányi segédanyag fizikusoknak)|accessdate=2018-02-06|author=A. M. Tsvelik|format=PPT|publisher=Brookhaven National Laboratory|language=angol}}
* {{Hivatkozás/Könyv|author=Boross Péter|title=Grafén vezetési tulajdonságainak vizsgálata|subtitle=(MSc diplomamunka)|url=http://dept.phy.bme.hu/fiz_msc/diploma_Boross_Peter.pdf|year=2012|accessdate=2018-02-06|archívurl=https://web.archive.org/web/20180207010138/http://dept.phy.bme.hu/fiz_msc/diploma_Boross_Peter.pdf|archívdátum=2018-02-07|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180207010138/http://dept.phy.bme.hu/fiz_msc/diploma_Boross_Peter.pdf|archivedate=2018-02-07}}

== További információk ==
* [http://onnes.ph.man.ac.uk/~geim/pt.html Andre Geim - A physicist of many talents]{{Halott link|url=http://onnes.ph.man.ac.uk/~geim/pt.html |date=2018-07 }}

== Kapcsolódó szócikkek ==
* [[Nanoszerkezet]]
* [[Fullerének]]
* [[Nanocső]]

[[Kategória:Feltörekvő technológiák]]
[[Kategória:Nanoszerkezetek]]
[[Kategória:A szén allotrópjai]]
[[Kategória:Textilipar]]