Graphene, bentuk dua dimensi karbon kristal, baik satu lapisan atom karbon yang membentuk kisi sarang lebah (heksagonal) atau beberapa lapisan berpasangan dari struktur sarang lebah ini. Kata graphene, ketika digunakan tanpa menentukan bentuk (mis., Bilayer graphene, multilayer graphene), biasanya mengacu pada graphene single-layer. Graphene adalah bentuk induk dari semua struktur grafit karbon: grafit, yang merupakan kristal tiga dimensi yang terdiri dari lapisan graphene yang relatif lemah; nanotube, yang dapat direpresentasikan sebagai gulungan graphene; dan buckyballs, molekul bulat yang terbuat dari graphene dengan beberapa cincin heksagonal digantikan oleh cincin pentagonal.
Studi pertama graphene
Studi teoritis graphene dimulai pada tahun 1947 oleh fisikawan 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 kombinasi dari kata grafit, merujuk pada karbon dalam bentuk kristal yang dipesannya, dan akhiran -ene, mengacu pada hidrokarbon aromatik polisiklik di mana atom karbon membentuk struktur cincin heksagonal, atau enam sisi.
Pada tahun 2004 fisikawan Universitas Manchester, Konstantin Novoselov dan Andre Geim dan rekannya mengisolasi graphene lapisan tunggal menggunakan metode pengelupasan yang sangat sederhana dari grafit. "Metode scotch-tape" mereka menggunakan pita perekat untuk menghilangkan lapisan atas dari sampel grafit dan kemudian menerapkan lapisan ke bahan substrat. Ketika kaset itu dihapus, beberapa graphene tetap berada di substrat dalam bentuk single-layer. Sebenarnya, derivasi graphene bukanlah tugas yang sulit dengan sendirinya; setiap kali seseorang menggambar dengan pensil di atas kertas, jejak pensil mengandung sebagian kecil graphene single-layer dan multilayer. Pencapaian kelompok Manchester tidak hanya untuk mengisolasi serpihan graphene tetapi juga untuk mempelajari sifat fisik mereka. Secara khusus, mereka menunjukkan bahwa elektron dalam graphene memiliki mobilitas yang sangat tinggi, yang berarti bahwa graphene dapat digunakan dalam aplikasi elektronik. Pada 2010 Geim dan Novoselov dianugerahi Hadiah Nobel untuk Fisika untuk pekerjaan mereka.
Dalam percobaan pertama ini, substrat untuk graphene adalah silikon yang secara alami ditutupi oleh lapisan transparan tipis silikon dioksida. Ternyata graphene single-layer menciptakan kontras optik dengan silikon dioksida yang cukup kuat untuk membuat graphene terlihat di bawah mikroskop optik standar. Visibilitas ini memiliki dua penyebab. Pertama, elektron dalam graphene berinteraksi sangat kuat dengan foton dalam frekuensi cahaya tampak, menyerap sekitar 2,3 persen intensitas cahaya per lapisan atom. Kedua, kontras optik sangat ditingkatkan oleh fenomena interferensi dalam lapisan silikon dioksida; ini adalah fenomena yang sama yang menciptakan warna pelangi dalam film tipis seperti film sabun atau minyak di atas air.
