Grafen je pojam za posebnu strukturu ili alotrop atoma ugljika gdje se oni sami sastavljaju u dvostruko vezane prstenove od šest atoma ugljika u dvodimenzionalnim pločama. U atomskoj skali, grafen nalikuje strukturi kokošje žice ili ograde od lančane veze, te je dvodimenzionalna struktura koja se ponavlja i, kada se presavije u cilindre, poznata je kao ugljikova nanocijev, ili, kada se oblikuje u kuglu , često se naziva buckyball ili fuleren. Jedno od najčešćih područja gdje grafenski listovi postoje prirodno i proizvode se u malim količinama su ono što se obično pogrešno označava kao olovke, koje trljaju listove ugljične rešetke s vrha olovke kada se izbrusi o papir, ostavljajući poznate tragove olovke. .
I grafički materijali i istraživanje tehnologije grafena smatraju se toliko važnim u 21. stoljeću da su dva istraživača sa sjedištem u Ujedinjenom Kraljevstvu na Sveučilištu u Manchesteru dobili Nobelovu nagradu za fiziku 2010. Andre Geim, nizozemsko-ruski fizičar, i Konstantin Novoselov, rusko-britanski fizičar, otkrio je praktičnu metodu proizvodnje pojedinačnih atomskih slojeva grafena. Prijave za atomske slojeve grafena obuhvaćaju spektar od vrlo gustih oblika pohrane podataka u računalima do ultrakondenzatora za pohranu električne energije i fleksibilnih solarnih ćelija koje bi mogle zamijeniti silicij koji je težak za rad. Jedinstveni dvodimenzionalni oblik grafenskih listova također ih čini korisnim u istraživanju fizike čestica u nuklearnim akceleratorima, gdje mogu imati nultu masu u mirovanju, što im omogućuje da pokažu osobine Heisenbergovog principa nesigurnosti kada su bombardirani relativističkim strujama elektrona.
Brojne potencijalne komercijalne primjene grafena dovele su do stalnog porasta objavljenih radova znanstvene zajednice. Od 2011. godine prijavljeno je više od 25,000 istraživačkih radova i patenata za primjenu grafena, s godišnjim prosjekom koji je skočio sa 157 u 2004. na preko 2,500 radova u 2010. Razvoj u grafenskoj fotonici i optoelektroničkim uređajima jedno je od polja istraživanja koja najviše obećavaju. To je zato što bi materijal mogao poboljšati učinkovitost panela sa diodama koje emitiraju svjetlost (LED) koje se koriste u svemu, od računala i televizijskih ekrana do svjetlosnih senzora. Grafen bi takve zaslone učinio fleksibilnijim i izdržljivijima te bi zamijenio potrebu za korištenjem rijetkih i ponekad toksičnih metala u njihovoj proizvodnji, poput platine i indija.
Jedno od glavnih svojstava grafena koje bi ga učinilo korisnim kao fleksibilni zaslon osjetljiv na dodir za bankomat (bankomat) ili solarnu ćeliju jest da može biti transparentan za prolaz svjetlosti i učinkovit električni vodič u isto vrijeme. Međutim, tek kada je Nobelova nagrada za fiziku dodijeljena 2010. godine, bio je moguć jednostavan način proizvodnje velikih količina pojedinačnih atomskih slojeva materijala. Otkako su istraživači sa Sveučilišta u Manchesteru objavili metodologiju proizvodnje, južnokorejski znanstvenici pronašli su način da povećaju proces za proizvodnju listova materijala koji se mogu koristiti za standardne veličine računala i televizijskih zaslona.