İki boyutlu bir karbon allotropu olan grafen, çok yönlü bir malzemedir. En hafif ve en güçlü malzeme olarak şaşırtıcı özellikleri, ısıyı ve elektriği her şeyden daha iyi iletme kabiliyeti ile çok sayıda uygulamaya entegre edilebileceği anlamına gelir. Başlangıçta bu, grafenin mevcut materyallerin ve maddelerin performansını ve verimliliğini artırmaya yardımcı olmak için kullanıldığı anlamına gelecektir, ancak gelecekte, grafenin diğer iki boyutlu kristallerle birlikte geliştirilerek daha geniş uygulama alanları sunan çok daha da şaşırtıcı bileşikler oluşturmasını sağlayacaktır.
Keşfedilen ilk grafen yapay olarak üretildi; bilim adamları, kelimenin tam anlamıyla bir parça grafiti alıp, tek bir katman kalana kadar katman katman parçalara ayırdı. Bu işlem, mekanik eksfoliasyon olarak bilinir. Ortaya çıkan bu grafit tek tabakası (grafen olarak bilinir) yalnızca bir atom kalınlığındadır ve bu nedenle, atmosfer elementlerine açıkken kararsız hale gelmeden yaratılması mümkün olan en ince malzemedir. Grafen yalnızca bir atom kalınlığında olduğundan, grafen katmanlarını diğer bileşiklerle birleştirerek ve grafeni, diğer malzemelerin tasarlandığı atomik yapı iskelesi olarak etkili bir şekilde kullanarak başka malzemeler oluşturmak mümkündür. Bu yeni oluşturulan bileşikler aynı zamanda grafen gibi üstün malzemeler olabilir, ancak potansiyel olarak daha fazla uygulama içerebilir.
Grafenin gelişmesinden ve olağanüstü özelliklerinin keşfedilmesinden sonra, diğer iki boyutlu kristallere olan ilgi büyük ölçüde arttı. Bu diğer 2D kristaller (Boron Nitrür, Niobium Diselenide ve Tantalum (IV) sülfür gibi), neredeyse sınırsız sayıda uygulama için diğer 2D kristallerle kombinasyon halinde kullanılabilir. Dolayısıyla, bir örnek olarak, nispeten verimli bir süper iletken olarak bilinen Magnezyum Diboride (MgB2) bileşiğini alırsanız, alternatif bor ve magnezyum atomik katmanlarını ayrı ayrı grafen katmanlarıyla karıştırırsanız, süper iletken olarak verimliliğini arttıracaktır. Ya da bir başka örnek olarak, flash bellek oluştururken yarı iletken olarak kullanılabilen mineral Molibdenit (MoS2) ile grafen katmanlarının birleştirilmesi, flash belleği mevcut teknolojiden çok daha küçük ve daha esnek hale getirmek için olabilir.
Grafenle ilgili tek sorun, yüksek kaliteli grafenin bant aralığı olmayan (kapatılamayan) harika bir iletken olmasıdır. Bu nedenle, grafeni gelecekteki nano elektronik cihazların yapımında kullanmak için, bir bant aralığının tasarlanması gerekecek ve bu da elektron hareketliliğini şu anda silikon filmlerde görülen seviyelere indirecek. Bu esasen, grafenin elektrik sistemlerinde silikonun yerini alması için gelecekte araştırma ve geliştirmenin yapılması gerektiği anlamına geliyor. Ancak son zamanlarda birkaç araştırma ekibi bunun sadece mümkün olduğunu değil, aynı zamanda olası olduğunu da gösterdi ve biz yıllar yerine aylara bakıyoruz.
Her halükârda, bu iki örnek, yalnızca bir araştırma alanındaki buzdağının sadece görünen kısmıdır, oysa grafen, biyomühendislik, kompozit malzemeler, enerji teknolojisi ve nanoteknoloji dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere çok sayıda disiplinde kullanılabilen bir malzemedir.
Grafenin kullanılabileceği potansiyel uygulamaları şu şekilde sıralayabiliriz: biyolojik mühendislik, optik elektronik, ultrafiltrasyon, kompozit malzemeler, fotovoltaik hücreler, enerji depolama.
“Grafen, biyomühendislik, kompozit malzemeler, enerji teknolojisi ve nanoteknoloji dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere çok sayıda disiplinde kullanılabilen bir malzemedir.”