Grafen je izraz za posebno strukturo ali alotrop ogljikovih atomov, kjer se sami sestavijo v dvojno vezane obroče s šestimi atomi ogljika v dvodimenzionalnih ploščah. V atomskem merilu je grafen podoben strukturi piščančje žice ali ograje z verižnimi členi in je ponavljajoča se dvodimenzionalna struktura, ki je, ko je zložena v valje, znana kot ogljikova nanocevka ali, ko je oblikovana v kroglo , se pogosto imenuje buckyball ali fuleren. Eno najpogostejših področij, kjer grafenske plošče obstajajo naravno in se proizvajajo v majhnih količinah, je tisto, kar je običajno napačno označeno kot svinčni svinčniki, ki drgnejo liste ogljikove rešetke s konice svinčnika, ko se odbrusijo ob papir in puščajo znane sledi svinčnika. .
Tako grafični materiali kot raziskave grafenske tehnologije veljajo za tako pomembne v 21. stoletju, da sta leta 2010 dvema raziskovalcem iz Združenega kraljestva na Univerzi v Manchestru prinesla Nobelovo nagrado za fiziko. Andre Geim, nizozemsko-ruski fizik, in Konstantin Novoselov, rusko-britanski fizik je odkril praktično metodo za proizvodnjo posameznih atomskih plasti grafena. Aplikacije za atomske plasti grafena obsegajo spekter od zelo gostih oblik shranjevanja podatkov v računalnikih do ultrakondenzatorjev za shranjevanje električne energije in fleksibilnih sončnih celic, ki bi lahko nadomestile težko delo s silicijem. Edinstvena dvodimenzionalna oblika grafenskih listov jih naredi uporabne tudi pri raziskavah fizike delcev v objektih za jedrske pospeševalnike, kjer imajo lahko maso mirovanja nič, kar jim omogoča, da pokažejo lastnosti Heisenbergovega načela negotovosti, ko jih bombardirajo relativistični elektronski tokovi.
Številne potencialne komercialne uporabe grafena so privedle do stalnega povečevanja objavljenih člankov znanstvene skupnosti. Od leta 2011 je bilo vloženih več kot 25,000 raziskovalnih člankov in patentov za aplikacije grafena, pri čemer je letno povprečje poskočilo s 157 v letu 2004 na več kot 2,500 dokumentov v letu 2010. Razvoj na področju grafenske fotonike in optoelektronskih naprav je eno najbolj obetavnih področij raziskovanja. To je zato, ker bi material lahko izboljšal učinkovitost plošč, ki oddajajo svetleče diode (LED), ki se uporabljajo v vsem, od računalniških in televizijskih zaslonov do svetlobnih senzorjev. Grafen bi takšne zaslone naredil fleksibilnejše in bolj trpežne ter nadomestil potrebo po uporabi redkih in včasih strupenih kovin pri njihovi izdelavi, kot sta platina in indij.
Ena od glavnih lastnosti grafena, zaradi katere bi bil uporaben kot prilagodljiv zaslon na dotik za bankomat (bankomat) ali sončno celico, je, da je lahko transparenten za prehod svetlobe in hkrati učinkovit električni prevodnik. Šele ko je bila leta 2010 podeljena Nobelova nagrada za fiziko, je bil mogoč preprost način izdelave velikih količin posameznih atomskih plasti materiala. Od objave proizvodne metodologije s strani raziskovalcev Univerze v Manchestru so južnokorejski znanstveniki našli način za povečanje procesa za izdelavo listov materiala, ki se lahko uporabljajo za standardne velikosti računalniških in televizijskih zaslonov.