Ugyan ma már alapismeretnek vesszük azt a tényt, hogy a korom, a gyémánt és  a grafit is szén, csak más módosulatok, ez a tudás nagyon is új. Gondoljunk csak a Fekete gyémántokra, ahol még a XIX. században az is kivételes tudás volt, hogy a legtisztább feketekőszén, az antracit is csak éghető kőszén, nem drágakő. Az egész ipari forradalom a kőszén fontosságának felismerésére, illetve az abból nyert energiára alapult.

Azt is tanuljuk a középiskolában, hogy a kőszén természetesen ritkább módosulatai, a grafit és a gyémánt közül a grafit a stabilabb. Ugyan nem könnyű átalakítani egyiket a másikba, szóval senkinek nem kell a  gyémánt gyűrűjét féltenie, de oxigénmentes környezetben 1500 °C- on már megindul a gyémánt grafitosodása.

Érdekes, hogy a grafitnak általánosan nem tulajdonítunk nagy szerepet, holott az egyik legérdekesebb szerkezetű anyagról van szó. Mindennapjaink része a grafit ceruza, ami szintén nem annyira régi találmány. A XVI. században találtak először Angliában tiszta grafitot, és jöttek rá, hogy milyen jól lehet vele nyomot hagyni, így a vesződséges tinta helyett ezt írásra használni (vagy birkák megjelölésére). Akkor még mit sem tudtak arról, hogy a grafit is szén, sőt a neve sem ez volt, hanem plumbago, mivel ólomércnek vélték (németül még ma is „Bleistift”, azaz ólomceruza a ceruza). Csak 1779-ben fedezte fel egy svéd vegyész, hogy ez is szén, és egy évtizeddel később kapta a grafit nevet. Mint a Bazi nagy görög lagziból tudjuk, minden szónak görög az eredete, így nem meglepő az sem, hogy a grafit jelentése görögül „írni”.

Még egy példa a kimonón kívül: a gyémánt is görög szó, jelentése „legyőzhetetlen”- a keménységére utalva.

A ceruza után a grafit ágyúgolyó készítésben vált fontossá, ami miatt Anglia például a napóleoni háborúk alatt befagyasztotta a grafit és ceruza exportot is Franciaország felé.

A grafit igazi szerkezete azonban csak modernebb analitikai eszközökkel került napfényre, és ma már jól tudjuk, hogy a gyakorlatilag egy nagy hálót alkotó hatszögeket formáló szénatomok a további síkokhoz lazán kapcsolódnak, ezért a síkok könnyen elmozdulnak egymás felett, és nyomot hagynak a papíron. Itt szeretném megjegyezni, hogy  a hálót tulajdonképpen tekinthetjük egy nagy kondenzált benzolgyűrűkből álló rendszernek (biológiai hatását tekintve a grafitnak kb annyi köze van az igen rákkeltő benzolhoz, mint a növényi alapú táplálékkiegészítőknek és kozmetikumoknak a gyógynövényekhez - e „kis” különbség eredményeként).

Amint a grafit szerkezetének ismerete párosult a már ismert fizikai tulajdonságaihoz (jó elektromos és hővezetőképesség), a tudósok egy része égett a vágytól, hogy ezeket a könnyen mozgatható síkokat szétszedje, és egyetlen kétdimenziós hálót kapjon. Azonban ez a feladat nehezebb, mint gondolnánk, mivel a természet alapvető elve, hogy ami nő, az a tér három irányában nő, így a 2D grafit, azaz a grafén felfedezése egészen a XXI. századig váratott magára.

Mint ki fog derülni, a grafén készítése maga nem az első nehézség volt. A nanoszerkezetek (nano= 10^-9 , azaz minden ami 10^-9 m mérettartomány körül van legalább egy dimenzióját tekintve) világa ugyanis egészen addig elég fantáziadús területnek számított, amíg az analitikai eszközök nem voltak képesek atomi szinten megbízhatóan működni. (A nanotechnológia kezdetének Professzor Feynmann „There is a plenty of room at the bottom” című előadását tekintik.) Természetesen ez egy önmagát működtető körforgás: minél többet tudunk meg atomi szinten az anyagok szerkezetéről, annál jobban tudjuk befolyásolni azt, annál jobb műszereket is (főleg elektronikát) tudunk építeni, és még megbízhatóbban tudunk vizsgálódni, illetve építkezni nano, azaz atomi szinten.

Szeretnék szót ejteni a zseniális felfedezőkről, akik a tudomány nem csak jeles, de igencsak érdekes képviselői. Andre Geim ugyanis az egyetlen olyan tudós, aki a mindenki által ismert Nobel-díj mellett az Ig-Nobel díjat is megkapta, ami egészen őrült felfedezésekért jár. Ő ezt azzal a látványos kísérletével harcolta ki, melyben bebizonyította, hogy kellően erős mágneses térben bármi mágnesezhető, például egy béka is (vagy eper, szöcske, mogyoró, stb. ).

Nem kevésbé szórakoztató, de valószínűleg több munkát igényelt a gecko tape kifejlesztése, ami szintén az ő nevéhez fűzhető, és persze minden pókember-rajongó álma. Ez a tapasz pontosan úgy működik, mint a gekkó tappancsai, kis „nanoszőrök” tapadnak a felületre, és a tapadás erőssége meglehetősen szögfüggő. Így teljes pókember életet nem lehet velük élni, mert a plafonon nem mászkálhatunk velük, de falon felfelé már igen.

Talán a ragasztószalag iránti szeretete vezette ezt a nagyszerű tudóst, de még inkább az egyszerű megoldások iránti érzéke, ahhoz, hogy fogjon egy kis grafit forgácsot, és egy irodai átlátszó ragasztószalaggal elkezdje rétegeire bontani. Jól hangzik, hogy ennyivel el lehet egy Nobel-díjat intézni, de azért erről az anyagról meg is kellett mondani, hogy egyáltalán ott van. Ugyanis az egyrétegű grafén már teljesen átlátszó anyag. Korábbi fizikai módszerekkel is sikerült átlátszó grafit lapokat gyártani, de azokról mindig kiderült, hogy  még mindig több rétegből állnak, és összehasonlítva a most már ismert grafénnel, inkább viselkednek grafitként, mint grafénként.

Miért is olyan különleges az, hogy egyrétegű grafént sikerült előállítani? Azon kívúl, hogy Guiness rekord lehet, hogy ez volt az első kétdimenziós anyag, amit valaha készítettek, olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint:

• Kis sűrűség (0.77 mg/m²)

• Átlátszóság (2.3%-át nyeli el a besugárzó fénynek, annak hullámhosszától függetlenül)

• Elektromos vezetőképessége jobb bármelyik féménél.

• Hövezetőképessége kb tízszer jobb a rézénél.

• Elképesztően nagy szakítószilárdsággal rendelkezik.

Ez utóbbi tulajdonságot legjobban azzal lehet szemléltetni, hogy ha készítenénk egy 1 m²-es grafén lepedőt, akkor az 4 kg-ot bírna el. Vagyis tudnánk olyan láthatatlan függőágyat készíteni, amiben egy macska kényelmesen aludhat.

Bár ez utóbbi rendkívül nemes cél, azért van ennél jobb felhasználási terület is, például kis grafén darabokkal töltött műanyagok könnyű és erős szerkezeti anyagokként használhatóak. Ezek a kompozitok igencsak fontosak lehetnek (a golfütő és) a repülőgép gyártásban.

Igazi kihívásokat azonban a grafén elektromos tulajdonságai rejtenek. Az egy rétegből álló kondenzált aromás rendszer ugyanis csak három elektront tart erős kémiai kötésben a 2D-kristály síkjában a szén négy vegyérték elektronjából, azaz egy elektron meglehetősen szabadon kóborolhat kedve szerint, addig, amíg kíváncsi fizikusok nem bojgatják meg lelki világukat. Ezt ugyanis előszeretettel teszik, mivel soha olyan anyagot nem találtak normál földi körülmények között (értem: részecskegyorsítón kívül), amin kvantum elektrodinamikai jelenségeket vizsgálhatnak szobahőmérsékleten.

A grafén egyik legfőbb kivételes tulajdonsága, hogy az előállítási körülményei ellenére tökéletes, hibahely nélküli hálót alkot. Ennek köszönhetően az elektronok teljesen akadálytalanul, szóródás és gát nélkül haladhatnak a sík mentén. Haladási sebességük így jóval nagyobb, mint a ma használt félvezetőkben mozgó társaiké, mintha tömegük a grafén esetében jóval kisebb lenne. Így igazából az elektronok nem is a klasszikus értelemben vett elektronoknak nevezhetők, inkább csak tömeg nélküli töltéshordozó részecskéknek tekinthetők a grafén esetében.  Ezen különleges körülmények következtében a rendszer leírásához a kvantum elektrodinamikát kell segítségül hívni, mely az egyetlen olyan elmélet, amelyben megfér egymás mellett a speciális relativitáselmélet és a kvantummechanika. Korábban a tudósoknak az elmélet jóslatainak teszteléséhez vagy a részecskegyorsítókhoz, vagy a világegyetem felé kellett fordulnia, a grafén azonban lehetővé teszi a relativisztikus kvantummechanika laboratóriumi körülmények közti tesztelését. Rajta keresztül vizsgálható például a Klein-paradox, mely eddig szintén csak az igen költséges – és ritkának mondható - részecskegyorsítókban volt megfigyelhető.

Az még egyelőre álom, hogy grafénből teljes a mostaniakhoz képest is miniatűr áramkört készítsenek, de a monitorokban használt drága és törékeny ITO elektródákat helyettesítésének gondolatával igencsak foglalkoznak. Pár éve még problémás volt a grafén nagy méretű szintézise, és egyelőre az ezeket a nehézségeket tükrözte magas ára is, mára már azonban a Samsungnak sikerült 1 m²-es grafén hálót készíteni, és jó úton haladnak a tömeggyártásához is.

Egyik előtérbe helyezett cél a szilícium alapú elektronika reformálása. Moore törvénye, mely szerint az adott területen tárolható információ 1.8 évenként megduplázódik, a jelenlegi technológiával nem tartható már fenn. A hardver gyártást teljesen új alapokra kell helyezni ahhoz, hogy még több információ tárolására képes és még gyorsabb számítógépeket készíthessünk. A jelenlegi törekvések mellett valószínűleg megérjük, amikor a grafén kiszabadulhat a fizikusok kezei közül, és az egyszerű felhasználók markában találja magát, lecserélve a szilícium alapú tranzisztorokat.