Quelltext der Seite Graphen

{{Dieser Artikel| behandelt den Werkstoff Graphen. Graphen ist auch der Plural von [[Graph]].}}

[[Datei:Graphene structure.svg|mini|links|Valenzstrichformel]]'''Graphen''' [{{IPA|gʁa'feːn}}] (Betonung auf der zweiten Silbe: ''Graph<u>e</u>n''; {{frS|graphène}}, {{enS|graphene}}) ist die Bezeichnung für eine [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|Modifikation]] des [[Kohlenstoff]]s mit [[2D-Materialien|zweidimensionaler]] Struktur. Jedes Kohlenstoffatom ist im Winkel von 120° über [[kovalente Bindung|Atombindungen]] mit drei weiteren verbunden, so dass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. Darüber hinaus ist jedes Kohlenstoffatom auch an einer Doppelbindung beteiligt. Die Elektronen dieser Doppelbindungen, die π-Elektronen, sind jedoch vollständig [[Delokalisierung|delokalisiert]], das heißt frei über die gesamte Wabenstruktur beweglich. Insgesamt handelt es sich bei der Graphenstruktur um eine [[Anellierung|Verknüpfung]] sehr vieler [[Benzol]]ringe zu einer durchgehenden Fläche. Graphen lässt sich damit als Extremfall eines [[Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe|polycyclischen aromatischen Kohlen&shy;wasserstoffs]] beschreiben. Aufgrund der durchgehenden Verknüpfungen in den Flächen sind jedoch dort gar keine Wasserstoffatome gebunden. Nur an den Rändern des Wabengitters sind zum Erreichen der [[Bindigkeit|Vierbindigkeit]] der C-Atome weitere Bindungspartner, beispielsweise Wasserstoffatome, vorhanden. Gemessen an der Größe des Gesamtmoleküls haben sie kaum Einfluss auf die Eigenschaften des Graphens.

[[Datei:Graphen.jpg|mini|Graphen-Modell]]
[[Datei:Graphene-graphite relation.svg|mini|Beziehung zwischen Graphen und Graphit]]
[[Datei:Graphene and Dirac Cones.ogv|mini|hochkant=1|Einführender Animationsfilm zur elektronischen Bandstruktur, den Dirac-Kegeln und Gitter-Effekten von Graphen (englische Untertitel).]]

Gedanklich lässt sich durch Stapeln solcher einlagiger Graphen-Schichten die dreidimensionale Struktur des [[Graphit]]s<ref name="Wallace1947">{{Literatur |Autor=P. R. Wallace |Titel=The Band Theory of Graphite |Sammelwerk=[[Physical Review]] |Band=71 |Nummer=9 |Datum=1947 |Seiten=622–634 |DOI=10.1103/PhysRev.71.622}}</ref> erzeugen, mit dem Graphen strukturell eng verwandt ist. Stellt man sich die einlagigen Schichten dagegen aufgerollt vor, so erhält man gestreckte [[Kohlenstoffnanoröhren]].<ref>{{Literatur |Autor=[[Sumio Iijima]] |Titel=Helical microtubules of graphitic carbon |Sammelwerk=[[Nature]] |Band=354 |Datum=1991 |Seiten=56–58 |DOI=10.1038/354056a0}}</ref> Ebenfalls gedanklich kann man einige der Sechserringe durch Fünferringe ersetzen, wodurch sich die ebene Fläche zu einer Kugelfläche wölbt und sich bei bestimmten Zahlenverhältnissen [[Fullerene]] ergeben: Ersetzt man zum Beispiel 12 von 32 Ringen, entsteht das Buckminster-Fulleren (C<sub>60</sub>).<ref>{{Literatur |Autor=Mitsutaka Fujita, Riichiro Saito, G. Dresselhaus, [[Mildred Dresselhaus|M. S. Dresselhaus]] |Titel=Formation of general fullerenes by their projection on a honeycomb lattice |Sammelwerk=[[Physical Review B]] |Band=45 |Nummer=23 |Datum=1992 |Seiten=13834–13836 |DOI=10.1103/PhysRevB.45.13834}}</ref> Theoretisch sind auch einlagige Schichten aus anderen vierwertigen Elementen wie [[Silicium]] und [[Germanium]] möglich. Im Jahr 2012 wurden solche [[Silicen]]-Schichten in Form einer leicht gewellten einlagigen Schicht aus Silicium experimentell nachgewiesen.<ref>{{Literatur |Autor=Patrick Vogt u.&nbsp;a. |Titel=Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon |Sammelwerk=[[Physical Review Letters]] |Band=108 |Nummer=15 |Datum=2012-04-12 |Seiten=155501 |DOI=10.1103/PhysRevLett.108.155501}}</ref>

Im Jahr 2010 wurden Geim und Novoselov für ihre Untersuchungen am Graphen mit dem [[Nobelpreis für Physik]] ausgezeichnet,<ref>Manfred Lindinger: ''[https://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/nobelpreis-fuer-physik-2010-die-bremsspur-des-bleistifts-11051468.html Nobelpreis für Physik 2010. Die Bremsspur des Bleistifts].'' FAZ.net, 5. Oktober 2010, abgerufen am 5. Oktober 2010. (Leider hat die Zeitung die Fotos vertauscht: Der Herr im schwarzen Pullover ist K. Novoselov und nicht A. Geim)</ref><ref name="Nobel" /> nachdem sie nicht nur für die Darstellung dieser Systeme Entscheidendes geleistet, sondern auch viele ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften entdeckt hatten.

== Geschichte ==
Im Jahr 1859 beschrieb [[Benjamin Collins Brodie jr.]] die lamellare Struktur von thermisch reduziertem [[Graphitoxid]].<ref name='Brodie1859"'>{{Literatur |Autor=Benjamin C. Brodie |Titel=On the Atomic Weight of Graphite |Sammelwerk=[[Proceedings of the Royal Society of London]] |Band=10 |Datum=1859 |Seiten=249 |JSTOR=108699}}</ref> Dieses wurde 1918 von [[Volkmar Kohlschütter]] und P.&nbsp;Haenni intensiv untersucht. Sie berichteten daneben auch über die Herstellung von [[Graphenoxid#Graphenoxidpapier|Graphitoxidpapier]].<ref name="Kohlschutter1918">{{Literatur |Autor=V. Kohlschütter, P. Haenni |Titel=Zur Kenntnis des Graphitischen Kohlenstoffs und der Graphitsäure |Sammelwerk=[[Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie]] |Band=105 |Nummer=1 |Datum=1918 |Seiten=121–144 |DOI=10.1002/zaac.19191050109}}</ref> Die ersten [[Transmissionselektronenmikroskop]]-Aufnahmen (TEM-Aufnahmen) von Kohlenstoffschichten mit geringer Lagenzahl wurden 1948 von G. Ruess und F. Vogt veröffentlicht.<ref name="Ruess1948">{{Literatur |Autor=G. Ruess und F. Vogt |Titel=Höchstlamellarer Kohlenstoff aus Graphitoxyhydroxyd. |Sammelwerk=[[Monatshefte für Chemie]] |Band=78 |Nummer=3–4 |Datum=1947 |Seiten=222–242}}</ref>

Im Jahr 1947 beschrieb der theoretische Physiker Philip Russell Wallace an der McGill-Universität in Montreal die elektrischen Eigenschaften von einlagigen Kohlenstoffschichten, doch die Fachwelt bezweifelte, dass solche zweidimensionale Kristalle existieren könnten, da sie zu instabil seien.<ref>Savage: Super Carbon, 2012, S.&nbsp;30.</ref> Unendlich ausgedehnte und vollständig flache, d.&nbsp;h. ''strikt zweidimensionale'' Strukturen, sollten aufgrund des [[Mermin-Wagner-Theorem]]s und seiner Varianten, nicht möglich und thermodynamisch [[Chemische Stabilität|instabil]] sein.<ref>{{Literatur |Autor=[[Lew Dawidowitsch Landau|L. D. Landau]] |Titel=Zur Theorie der Phasenumwandlungen II |Sammelwerk=Phys. Z. Sowjetunion |Band=11 |Datum=1937 |Seiten=11}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=[[Rudolf Peierls|R. E. Peierls]] |Titel=Quelques propriétés typiques des corpses solides |Sammelwerk=Ann. I. H. Poincaré |Band=5 |Datum=1935 |Seiten=177–222}}</ref> <!-- Es kommt also auf die Abweichungen von den „idealen Voraussetzungen“ des genannten Theorems an (z.&nbsp;B. scheinen die Graphen-Schichten leicht wellig zu sein, sodass sich kleine unregelmäßige Abweichungen von der strikt zweidimensionalen Struktur ergeben würden; siehe unten). -->

Zu den Pionieren der Graphenforschung gehört auch [[Hanns-Peter Boehm]]. Er berichtete bereits 1962 über einlagige Kohlenstofffolien<ref name="Boehm1962">{{Literatur |Autor=H. P. Boehm, A. Clauss, G. O. Fischer, U. Hofmann |Titel=Das Adsorptionsverhalten sehr dünner Kohlenstoffolien |Sammelwerk=[[Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie]] |Band=316 |Nummer=3–4 |Datum=1962 |Seiten=119–127 |DOI=10.1002/zaac.19623160303}}</ref> und prägte zudem den Begriff Graphen.<ref>{{Literatur |Autor=H. P. Boehm, R. Setton, E. Stumpp |Titel=Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds |Sammelwerk=[[Pure and Applied Chemistry]] |Band=66 |Nummer=9 |Datum=1994 |Seiten=1893–1901}}</ref>

Ein Wendepunkt gelang [[Konstantin Novoselov]], [[Andre Geim]] und ihren Mitarbeitern<ref name="Novoselov2004">{{Literatur |Autor=K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos,I. V. Grigorieva, A. A. Firsov |Titel=Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films |Sammelwerk=[[Science]] |Band=306 |Nummer=5696 |Datum=2004 |Seiten=666–669 |DOI=10.1126/science.1102896}}</ref> als sie im Jahr 2004 die Darstellung freier, einschichtiger Graphenkristalle bekannt gaben. Deren unerwartete Stabilität könnte durch die Existenz [[metastabil]]er Zustände<ref>{{Literatur |Autor=N. D. Mermin |Titel=Crystalline Order in Two Dimensions |Sammelwerk=Physical Review |Band=176 |Nummer=1 |Datum=1968 |Seiten=250 ff |DOI=10.1103/PhysRev.176.250}}</ref> oder durch Ausbildung einer ''unregelmäßigen Welligkeit'' (engl. {{lang|en|''crumpling''}}) der Graphenschicht<ref>{{Literatur |Autor=J. C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth, S. Roth |Titel=The structure of suspended graphene sheets |Sammelwerk=[[Nature]] |Band=446 |Datum=2007 |Seiten=60–63 |DOI=10.1038/nature05545}}</ref><ref name="Nobel">Siehe z.&nbsp;B. Titelbild und S. 22 der Zeitschrift „Physik Journal“ 12 / Dez. 2010, [http://www.pro-physik.de/details/physikjournalIssue/1089641/Issue_12_2010.html Online].</ref> erklärt werden. Für ihre Forschungen am Kohlenstoff-Allotrop Graphen bekamen Novoselov und Geim im Jahr 2010 den [[Nobelpreis für Physik]] zuerkannt.

== Struktur ==
Alle Kohlenstoffatome von Graphen sind sp<sup>2</sup>-[[Hybridorbital|hybridisiert]], das heißt, jedes Kohlenstoffatom kann drei gleichwertige [[Sigma-Bindung#σ-Bindung|σ-Bindungen]] zu anderen [[Kohlenstoff|C]]-Atomen ausbilden.
Daraus resultiert eine auch aus den Schichten des Graphits bekannte [[Wabe]]n-Struktur. Die Kohlenstoff-Kohlenstoff-[[Bindungslänge]]n sind alle gleich und betragen 142&nbsp;[[Pikometer|pm]].<ref>{{Literatur |Autor=W. A. Harrison |Titel=Electronic structure and the properties of solids: the physics of the chemical bond |Verlag=W.H. Freeman and Company |Ort=San Francisco |Datum=1980}}</ref>
Die dritten, nicht hybridisierten [[Molekülorbitaltheorie|2p-Orbitale]] stehen wie auch im [[Graphit]] senkrecht zur Graphen[[Ebene (Mathematik)|ebene]] und bilden ein [[delokalisiert]]es [[Pi-Bindung#σ-π-Modell|π-Bindungssystem]] aus.<ref name="Mortimer">Zu den π-Zuständen siehe z.&nbsp;B. {{Literatur |Autor=C.E. Mortimer |Titel=Chemie |Auflage=9 |Verlag=[[Georg Thieme Verlag]] |Ort=Stuttgart |Datum=2007 |ISBN=978-3-13-484309-5}}</ref>

Graphen besteht folglich aus zwei [[Gleichwertigkeit|äquivalenten]] [[Kristallgitter|Untergittern]] A und B, denen die Kohlenstoffatome zugeordnet sind. Die Untergitter sind um die Bindungslänge <math>a_b</math> gegeneinander verschoben.
Die zweiatomige [[Einheitszelle]] wird durch die [[Gittervektor]]en <math>\vec a_1 </math> und <math>\vec a_2 </math> aufgespannt. Diese zeigen dabei auf die jeweils übernächsten Nachbarn. Die Länge der [[Vektor]]en und damit die [[Gitterkonstante]] <math>a</math> lässt sich berechnen zu

: <math> a = |\vec a_1| = |\vec a_2|= \sqrt{3}\cdot a_b \approx 2{,}46\,\AA = 246\,\mathrm{pm}</math>.

Graphen kann einerseits als [[Einkristall]], andererseits als riesiges [[Molekül]] verstanden werden. Ebenso können kleinere Moleküle wie z.&nbsp;B. [[Benzol]], [[Hexabenzocoronen]] oder [[Naphthalin]] als wasserstoffsubstituierte Graphenfragmente gesehen werden.

== Herstellung ==
=== Mechanisch ===
[[Datei:Nobelpriset i fysik 2010.png|mini|Einer der ersten Graphentransistoren von Geim und Novoselov. Das Graphen wurde dabei mit Klebeband von [[HOPG]] abgelöst]]

Die ersten Graphenflocken wurden von Novoselov<ref name="Novoselov2004" /> durch Abblätterung ([[Exfoliation (Chemie)|Exfoliation]]) von [[HOPG]] ({{enS|Highly Oriented Pyrolytic Graphite}}, dt. ''hochgeordneter pyrolytischer Graphit'') gewonnen. Das eingesetzte Verfahren ähnelt dem sogenannten Klebebandtest; dabei wird ein [[Klebeband]] auf eine Fläche gedrückt – in diesem Fall auf einen Graphitblock – und anschließend schnell abgezogen, so dass herauslösbare Elemente (hier Graphit) im Klebstoff zurückbleiben. Dieses Klebeband wird dann auf einen mit [[Fotolack]] beschichteten [[Silicium]]-[[Wafer]] gedrückt und nochmals abgezogen. Nach dem Entfernen des Klebebands bleiben dünne Graphitpartikel auf der Oberfläche der Fotolackschicht zurück. Anschließend wird die Fotolackschicht mit [[Aceton]] aufgelöst und dann der Wafer mit Wasser und [[2-Propanol]] gespült. Bei Auflösen der Fotolackschicht haften einige Graphitpartikel an der Waferoberfläche, die zusätzlich dünn mit [[Siliciumdioxid]] beschichtet sein kann. Auf diese Weise lassen sich lokal dünne Graphitfilme herstellen. Die für Graphenuntersuchungen interessanten Schichten, welche dünner als 50&nbsp;nm sind, sind optisch fast [[Transparenz (Physik)|transparent]]. Die zusätzliche Schicht verändert die Reflexionseigenschaften des Substrates, so dass sich die durch [[Interferenz (Physik)|Interferenzeffekte]] bedingte violette Farbe der Siliciumdioxidschicht <!--konkrete Schichtdickenangabe fehlt hier--> nach Blau verändert. An den Rändern dieser 50-nm-Schichten kann man dann mit dem [[Rastertunnelmikroskop|Rastertunnel-]] oder [[Rasterkraftmikroskop]] nach dünnerem Graphen suchen.

Bei einer anderen Exfoliationsmethode werden vor dem Exfoliationsprozess mit einem [[Sauerstoff]][[Plasma (Physik)|plasma]] Vertiefungen in das HOPG geätzt, die isolierte Plateaus ([[Mesa (Halbleitertechnik)|Mesas]]) stehen lassen. Danach wird ein mit Klebstoff benetzter Glasträger auf die Oberfläche gedrückt und abgezogen. Die im Klebstoff haftenden Mesas werden nun ebenfalls so lange mit Klebestreifen abgezogen, bis nur noch ein Rest übrig bleibt. Danach wird der Klebstoff in [[Propanon]] aufgelöst und die im Propanon suspendierten Graphenflocken mit einem Siliciumwafer herausgefischt und wiederum mit optischem Mikroskop und Rastertunnel- oder Rasterkraftmikroskop abgesucht.

Bei diesen beiden Methoden handelt es sich um sehr zeitaufwendige Verfahren, bei denen man zwar hochwertige, aber nur sehr wenige Proben erhält.

Im April 2014 wurde eine Methode bekannt, bei der sich mittels eines starken Mixers in einem Gemisch aus Wasser, Geschirrspülmittel und Graphitpulver große Mengen hochwertiges Graphen erzeugen lassen. Das Graphitpulver wird hierbei in etwa 100 Nanometer große und 1 Nanometer dicke Graphenflocken gespalten.<ref>Andreas Wilkens: ''[https://www.heise.de/newsticker/meldung/Graphen-Das-Wundermaterial-jetzt-auch-aus-dem-Kuechenmixer-2174619.html Graphen: Das Wundermaterial jetzt auch aus dem Küchenmixer].'' heise online, abgerufen am 23. April 2014.</ref>

=== Chemisch ===
Das meistversprechende Verfahren ist die Herstellung von Graphen durch Reduktion von [[Graphitoxid]]<nowiki />papier.
So berichtete beispielsweise das [[California Nanosystems Institute]] (CNSI) im Jahr 2008 über ein „Massenproduktionsverfahren“, das auf der Reduktion von Graphitoxidpapier in flüssigem [[Hydrazin]] basiert. Auf diese Weise konnten Graphen-Monolagen der Größe 20&nbsp;µm&nbsp;×&nbsp;40&nbsp;µm erzeugt werden.<ref>{{Literatur |Autor=V. Tung, M. Allen, Y. Yanget al |Titel=High-throughput solution processing of large-scale graphene |Sammelwerk=Nature Nanotech |Band=4 |Seiten=25–29 |Datum=2009 |DOI=10.1038/nnano.2008.329 }}</ref>
Daneben wurde auch über den schrittweisen Aufbau aus polyzyklischen Aromaten<ref>{{Literatur |Autor=J. Wu, W. Pisula, K. Müllen |Titel=Graphenes as Potential Material for Electronics |Sammelwerk=[[Chemical Reviews]] |Band=107 |Nummer=3 |Datum=2007 |Seiten=718–747 |DOI=10.1021/cr068010r}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=L. Zhi, K. Müllen |Titel=A bottom-up approach from molecular nanographenes to unconventional carbon materials |Sammelwerk=[[J. Mater. Chem.]] |Band=18 |Nummer=18 |Datum=2008 |Seiten=1472–1484 |DOI=10.1039/b717585j}}</ref> sowie eine ''chemische Abblätterung''<ref>{{Literatur |Autor=Y. Hernandez, V. Nicolosi, M. Lotya, F. Blighe, Z. Sun, S. De, I. T. McGovern, B. Holland, M. Byrne, Y. Gunko, J. Boland, P. Niraj, G. Duesberg, S. Krishnamurti, R. Goodhue, J. Hutchison, V. Scardaci, A. C. Ferrari, J.N. Coleman |Titel=High yield production of graphene by liquid phase exfoliation of graphite |Sammelwerk=[[arXiv]] |Datum=2008 |arXiv=0805.2850}}</ref> aus Graphit durch organische Lösungsmittel berichtet.

Im Grammmaßstab lässt sich Graphen auch in einer zweistufigen Reaktion herstellen. Dabei werden im ersten Schritt in einer [[Solvothermalsynthese]] Natrium und Ethanol miteinander umgesetzt. Unter mehrstündigem Erhitzen unter hohem Druck entsteht dabei ein komplexes Gemisch mit [[Natriumethoxid]] als Hauptbestandteil. Im zweiten Schritt wird das Reaktionsgemisch unter Luftausschluss stark erhitzt ([[Pyrolyse]]), wobei man nach einer abschließenden Ultraschallbehandlung unter anderem Graphen isolieren kann.<ref>{{Literatur |Autor=Mohammad Choucair, Pall Thordarson, John A. Stride |Titel=Gram-scale production of graphene based on solvothermal synthesis and sonication |Sammelwerk=[[Nature Nanotechnology]] |Band=04 |Datum=2009 |Seiten=30–33 |DOI=10.1038/NNANO.2008.365}}</ref>

Größere Mengen können durch die Pyrolyse von [[Graphitoxid]] erhalten werden. Durch plötzliches Erhitzen auf Temperaturen zwischen 600 und 1000&nbsp;°C wird dabei die Schichtstruktur des [[Edukt]]s vom abgespaltenen Gas aufgesprengt, während sich in den Schichten das hexagonale Graphengitter spontan neu bildet. Die dabei typisch erhaltene spezifische Oberfläche des Materials entspricht einer Stapelhöhe von durchschnittlich 2–3 Graphenlagen.<ref>P. Steurer, R. Wissert, R. Thomann, R. Mülhaupt: ''Functionalized Graphenes and Thermoplastic Nanocomposites Based upon Expanded Graphite Oxide.'' In: ''Macromolecular Rapid Communications.'' Band 30. WILEY-VCH Verlag, 2009, S. 316–327.</ref>

=== Epitaktisches Wachstum ===
Graphen kann [[epitaktisch]] auf ''[[metall]]ischen'' [[Substrat (Materialwissenschaft)|Substraten]] ''wachsen''. Eine in der Literatur vorgestellte Methode ist die Zersetzung von [[Ethen]] auf [[Iridium]].<ref>{{Literatur |Autor=A. T. N'Diaye, S. Bleikamp, P. J. Feibelman, T. Michely |Titel=Two-Dimensional Ir Cluster Lattice on a Graphene Moiré on Ir(111) |Sammelwerk=[[Physical Review Letters]] |Band=97 |Nummer=21 |Datum=2006 |Seiten=718–747 |DOI=10.1103/PhysRevLett.97.215501}}</ref>
In einem weiteren Verfahren wird die Löslichkeit von Kohlenstoff in [[Übergangsmetall]]en verwendet.<ref>{{Literatur |Autor=P.W. Sutter, J.-I. Flege, E. A. Sutter, |Titel=Epitaxial graphene on ruthenium |Sammelwerk=[[Nature Materials]] |Band=97 |Nummer=5 |Datum=2008 |Seiten=406–411 |DOI=10.1038/nmat2166}}</ref> Beim Erhitzen löst sich der Kohlenstoff im Metall, tritt beim Abkühlen wieder heraus und ordnet sich als Graphen auf der Oberfläche an.

Eine weitere Möglichkeit der Darstellung einzelner Graphenlagen ist die thermische Zersetzung hexagonaler [[Siliciumcarbid]]-Oberflächen. Bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Silicium verdampft das Silicium aufgrund seines (im Vergleich zu Kohlenstoff) höheren [[Dampfdruck]]s. Auf der Oberfläche bilden sich dann dünne Schichten einkristallinen [[Graphit]]s, die aus wenigen Graphenmonolagen bestehen. Dieses Verfahren ist geeignet für Anlassprozesse im Vakuum<ref>{{Literatur |Autor=I. Forbeaux, J.-M. Themlin, J.-M. Debever |Titel=Heteroepitaxial graphite on 6H-SiC (0001): Interface formation through conduction-band electronic structure, overview surface reconstructions LEED, KRIPES, dispersion relation, XPS, UPS, SXPS |Sammelwerk=[[Physical Review B]] |Nummer=24 |Datum=1998 |Seiten=16396–16406 |DOI=10.1103/PhysRevB.58.16396}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=A. Charrier, A. Coati, T. Argunova, F. Thibaudau, Y. Garreau, R. Pinchaux, I. Forbeaux, J.-M. Debever, M. Sauvage-Simkin, J.-M. Themlin |Titel=Solid-state decomposition of silicon carbide for growing ultra-thin heteroepitaxial graphite films |Sammelwerk=[[Journal of Applied Physics]] |Band=92 |Nummer=5 |Datum=2002 |Seiten=2479–2480 |DOI=10.1063/1.1498962}}</ref> und in einer [[Inertgas]][[Atmosphäre (Technik)|atmosphäre]] aus [[Argon]].<ref>{{Literatur |Autor=K. V. Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst, G. L. Kellogg, L. Ley, J. L. McChesney, T. Ohta, S. A. Reshanov, E. Rotenberg, A. K. Schmid, D. Waldmann, H. B. Weber, Th. Seyller |Titel=Atmospheric pressure graphitization of SiC(0001)- A route towards wafer-size graphene layers |Sammelwerk=arXiv – Condensed Matter, Materials Science |Datum=2008 |arXiv=0808.1222}}</ref>
Die Dicke und Struktur des epitaktisch gewachsenen Graphens hängt dabei empfindlich von den eingestellten Prozessparametern ab, insbesondere von der Wahl der Atmosphäre und der Struktur der Substratoberfläche sowie der [[Polarisation]] der Siliciumcarbid-Oberfläche.

Große Flächen aus Graphen stellt man dadurch her, dass man eine monoatomare Schicht aus Kohlenstoff auf eine Folie aus inertem Trägermaterial, wie zum Beispiel Kupfer, durch [[chemische Gasphasenabscheidung]] (CVD, von engl. "Chemical Vapour Deposition) aufbringt und dann das Trägermaterial auflöst,<ref>{{Literatur |Autor=Sukang Bae, Hyeongkeun Kim, Youngbin Lee, Xiangfan Xu, Jae-Sung Park, Yi Zheng, Jayakumar Balakrishnan, Tian Lei, Hye Ri Kim, Young Il Song, Young-Jin Kim, Kwang S. Kim, Barbaros Ozyilmaz, Jong-Hyun Ahn, Byung Hee Hong, Sumio Iijima |Titel=Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes |Sammelwerk=Nat Nano |Band=5 |Nummer=8 |Datum=2010 |Seiten=574–578 |Online={{Webarchiv |url=http://www.canli.dicp.ac.cn/Gruop%20Seminars%20Pdf/20100814dqyu.pdf |text=canli.dicp.ac.cn |wayback=20120710194204}} |Format=PDF |KBytes= |Abruf=2010-10-05 |DOI=10.1038/nnano.2010.132}}</ref> oder indem man das Graphen mechanisch vom Wachstumssubstrat abhebt<ref>{{Literatur |Autor=Luca Banszerus, Michael Schmitz, Stephan Engels, Jan Dauber, Martin Oellers, Federica Haupt, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Bernd Beschoten and Christoph Stampfer |Titel=Ultrahigh-mobility graphene devices from chemical vapor deposition on reusable copper |Sammelwerk=Sci Adv |Band=1 |Nummer=6 |Datum=2015 |Seiten=e1500222 |DOI=10.1126/sciadv.1500222}}</ref>. Dies geschieht oft mittels elektrochemischer [[Delamination]] ("Bubbling"), wobei eine Spannung angelegt wird, um durch [[Elektrolyse]] Gas unter dem Graphen herzustellen. Man verbindet die Kupferfolie als Elektrode mit einer Spannungsquelle; die zweite Elektrode wird in einer Salzlösung befestigt. Beim folgenden Eintauchen der Folie entstehen Blasen unter dem Graphen, welches sich so vom Kupfer löst und dann gereinigt werden kann. Damit die dünne Graphenschicht nicht zerstört wird, wird sie üblicherweise vorher mit einem Kunststoff beschichtet, der die Stabilität beim Ablösen erhöht. Kupferfolien sind für CVD besonders geeignet, da sich kaum Kohlenstoff im Metallgitter zu lösen vermag (also die Oberfläche kaum durchdringt). Die Schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer ist ein weiterer großer Vorteil.<ref>Wang, Yu et al.: Electrochemical Delamination of CVD-Grown Graphene Film. Toward the Recyclable Use of Copper Catalyst, in: ACS Nano Vol. 5, No. 12, Nr. 2011. S. 9927–9933.</ref>  Die Geschwindigkeit dieses Prozesses kann durch eine schwache Sauerstoffzufuhr, zum Beispiel durch Erhitzen eines SiO-Gitters drastisch erhöht werden.<ref>J. O. Löfken: [http://www.pro-physik.de/details/news/9678301/Ultraschnelles_Graphen-Wachstum.html ''Ultraschnelles Graphen-Wachstum.''] Abgerufen am 25. Oktober 2016.</ref>

== Eigenschaften ==
{| class="wikitable float-right" style="width:250px"
|+ Eigenschaften von Graphen
|-
! Eigenschaft || Wert
|-
| Flächenmasse || 7,57&nbsp;×&nbsp;10<sup>−7</sup>&nbsp;kg·m<sup>−2</sup><ref name="Graphitdichte" />
|-
| E-Modul || ca. 1020&nbsp;GPa<ref name="Lee" />
|-
| Zugfestigkeit || 125&nbsp;GPa<ref name="Lee" />
|-
| Schwächung von sichtbarem Licht || 2,3 %<ref name="Transmission" />
|-
| Schichtdicke || 3,35&nbsp;×&nbsp;10<sup>−10</sup>&nbsp;m<ref name="Graphitdichte" />
|-
| Wärmeleitfähigkeit || ca. 5000&nbsp;W/(m·K)<ref>{{Literatur |Autor=Class for Physics of the Royal Swedish Academy of Sciences |Titel=Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2010 - Graphene |Datum=2010 |Seiten=8 |Online=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/advanced-physicsprize2010.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref>
|-
| Spezifischer elektrischer Widerstand || 31&nbsp;<math>\Omega</math>·m
|}

Graphen hat ungewöhnliche Eigenschaften, die es sowohl für die Grundlagenforschung als auch für Anwendungen interessant machen, und zwar vor allem in der Physik.

Beispielsweise sind Graphen-Flächeneinkristalle innerhalb der Flächen außerordentlich steif und fest. Der [[Elastizitätsmodul]] entspricht mit ca. 1020&nbsp;GPa dem von normalem Graphit entlang der [[Basalebene]]n und ist fast so groß wie der des Diamants. Seine [[Zugfestigkeit]] von 1,25&nbsp;×&nbsp;10<sup>11</sup>&nbsp;Pa ist die höchste, die je ermittelt wurde, und rund 125-mal so hoch wie die von [[Stahl]].<ref name="Lee">{{Literatur |Autor=Changgu Lee, Xiaoding Wei, Jeffrey W. Kysar, James Hone |Titel=Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene |Sammelwerk=[[Science]] |Band=321 |Nummer=5887 |Datum=2008 |Seiten=385–388 |DOI=10.1126/science.1157996}}</ref> Ein Band aus Graphen von 1&nbsp;m Breite und 3,35&nbsp;×&nbsp;10<sup>−10</sup>&nbsp;m Dicke, also von einer Atomlage, hat daher eine Zugfestigkeit von 42&nbsp;[[Newton (Einheit)|N]]. Ein Band für einen [[Weltraumlift]] aus Graphen mit konstanter Querschnittsfläche würde in der Höhe der geostationären Umlaufbahn von 35.786&nbsp;km erst zu 87,3 % seiner Reißfestigkeit belastet werden.

Ausgehend von monokristallinem Graphit mit einer [[Dichte]] von 2260&nbsp;kg·m<sup>−3</sup> und einem Schichtabstand von 3,35&nbsp;×&nbsp;10<sup>−10</sup>&nbsp;m errechnet sich durch Multiplikation für Graphen eine [[Flächenmasse]] von 7,57&nbsp;×&nbsp;10<sup>−7</sup>&nbsp;kg·m<sup>−2</sup>.<ref name="Graphitdichte">{{Literatur |Autor=Harry Marsh, Francisco Rodríguez-Reinoso |Titel=Science of Carbon Materials |Datum=2000}} Zitiert in: {{Literatur |Autor=Christian Anton Rottmair |Titel=Einfluss der thermischen Prozessführung auf die Eigenschaften von Graphitformteilen, hergestellt durch Pulverspritzguss von Mesophasen-Kohlenstoff |Datum=2007 |Seiten=10–11 |Kommentar=Dissertationsarbeit, Universität Erlangen-Nürnberg, 2007 |Online=https://open.fau.de/handle/openfau/746 |Format=PDF |KBytes=}}</ref> Ein Quadratkilometer wiegt somit 757&nbsp;g. „Eine Graphen-Hängematte von einem Quadratmeter Größe könnte eine vier Kilogramm schwere Katze tragen – und selbst nur so viel wiegen wie ein einzelnes Schnurrhaar der Katze.“<ref>{{Internetquelle |autor=Ansgar Kretschmer |url=https://www.scinexx.de/dossier-detail-675-7.html |titel=Nie wieder Risse im Smartphone-Display |werk=Graphen. Wundermaterial in zwei Dimensionen |datum=2014-05-15 |seiten=5 |abruf=2011-01-12 |kommentar=Scinexx-Dossier}}</ref>

Graphen verhält sich durch das Fehlen einer [[Bandlücke]] als [[Elektrischer Leiter]], siehe die unten stehende Abbildung zur Energie der Elektronen in Graphen. Eine künstliche Bandlücke im Graphen kann jedoch erzeugt werden, indem man in die Schicht ein maximal 10&nbsp;nm breites sog. ''Gate'' „einschneidet“.<ref>{{Internetquelle |autor=Nico Ernst |url=https://www.golem.de/0703/50897.html |titel=Briten entwickeln Ein-Elektron-Transistor aus Graphen: Zweidimensionaler Kohlenstoff als neuer Halbleiter |werk=www.golem.de |hrsg=Golem.de |datum=2007-03-06 |abruf=2016-11-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Kevin Bullis, Wolfgang Stieler |Titel=Magischer Halbleiter-Stoff |Sammelwerk=[[Technology Review]] |Band=4 |Datum=2008 |Online=https://www.heise.de/tr/artikel/Magischer-Halbleiter-Stoff-275020.html |Abruf=2008-03-28}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Zhihong Chen, Yu-Ming Lin, Michael J. Rooks, Phaedon Avouris |Titel=Graphene nano-ribbon electronics |Sammelwerk=Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures |Band=40 |Nummer=2 |Datum=2007 |Seiten=228–232 |DOI=10.1016/j.physe.2007.06.020}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Mike Rodewalt |url=https://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/method-for-mass-production-of-70969.aspx |titel=Researchers discover method for mass production of nanomaterial graphene |werk=UCLA Newsroom |datum=2008-11-10 |abruf=2008-11-16}}</ref>

Messungen haben ergeben, dass eine einzelne Graphenschicht das Licht etwa um πα ≈ 2,3 % abschwächt (mit der [[Feinstrukturkonstante]] α), und zwar über das gesamte [[Sichtbares Licht|sichtbare Spektrum]].<ref name="Transmission">{{Internetquelle |autor=Rainer Scharf |url=http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=10344 |titel=Sichtbare Feinstrukturkonstante |werk=Pro Physik |datum=2008-04-04 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20101218042430/http://pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=10344 |archiv-datum=2010-12-18 |abruf=2011-02-24 |offline=1 }}</ref><ref>{{Literatur |Autor=A. B. Kuzmenko, E. van Heumen, F. Carbone, D. van der Marel |Titel=Universal infrared conductance of graphite |Sammelwerk=Phys Rev Lett |Band=Vol. 100 |Nummer=11 |Datum=2008 |Seiten=117401 |DOI=10.1103/PhysRevLett.100.117401 |PMID=18517825 |bibcode=2008PhRvL.100k7401K}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=R. R. Nair u.&nbsp;a. |Titel=Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene |Sammelwerk=[[Science]] |Band=320 |Nummer=5881 |Datum=2008-06-06 |Seiten=1308–1308 |Online=http://www.condmat.physics.manchester.ac.uk/pdf/mesoscopic/publications/graphene/Science_2008fsc.pdf |Format=PDF |KBytes= |DOI=10.1126/science.1156965}}</ref>

=== Pseudo-relativistisches Verhalten ===
[[Datei:GrapheneE2.png|mini|Energie der Elektronen in Graphen als Funktion ihrer Wellenzahl <math>\mathbf{k} = (k_x,k_y)</math> in [[Tight-Binding]]-Näherung.<br /><small>Die „besetzten“ bzw. „unbesetzten“ Zustände („gelb-grün“ bzw. „blau-rot“) berühren einander '''''ohne Lücke''''' genau an den im Text erwähnten sechs k-Werten.</small>]]

Die elektrischen Eigenschaften von Graphen lassen sich gut durch ein [[Tight-Binding]]-Modell beschreiben. Im Rahmen dieses Modells ergibt sich die Energie der Elektronen mit Wellenzahl <math>\mathbf{k}</math> (siehe [[Wellenvektor]]) zu

: <math>E=\pm\sqrt{\gamma_0^2\left(1+4\cos^2{\pi k_ya}+4\cos{\pi k_ya} \cdot \cos{\pi k_x\sqrt{3}a}\right)}</math>,<ref name="Wallace1947" />

mit der Nächsten-Nachbar-Hopping-Energie <math>\gamma_0\approx 2{,}8\ \mathrm{eV}</math> und der [[Gitterkonstante]] <math>a\approx 2{,}46\ \mathrm{\AA}</math><ref name="Trauzettel">{{Literatur |Autor=B. Trauzettel, |Titel=Von Graphit zu Graphen |Sammelwerk=Physik Journal |Datum=2007}}</ref>. [[Leitungsband|Leitungs-]] und [[Valenzband]] entsprechen Plus- bzw. Minus-[[Vorzeichen (Zahl)|Vorzeichen]] in der obigen [[Dispersionsrelation]]. Sie berühren einander in Graphen genau in sechs ausgezeichneten Punkten, den sogenannten K-Punkten, von denen jedoch nur zwei voneinander unabhängig sind (die übrigen sind durch die Gittersymmetrie zu diesen beiden äquivalent). In ihrer Umgebung hängt die Energie wie bei einem relativistischen Teilchen ''linear'' von <math>\mathbf k</math> ab (vgl. Photon: <math>E=\hbar c|\vec{k}|</math>). Da die Basis zweiatomig ist, hat die [[Wellenfunktion]] sogar eine formale [[Spinor]]struktur. Das führt dazu, dass die Elektronen bei niedrigen Energien durch eine Relation beschrieben werden können, die äquivalent zur [[Dirac-Gleichung]] ist, und das zusätzlich im sogenannten [[Chirale Symmetrie#Chiraler Limes|chiralen Limes]], d.&nbsp;h. für verschwindende [[Masse (Physik)|Masse]] <math>M_0</math>, was einige Besonderheiten ergibt:

: <math>v_F\,\vec\sigma\cdot\vec\nabla \psi(\mathbf{r})=E\psi(\mathbf{r})</math>

Hier bezeichnet <math>v_F\approx 10^6\ \mathrm{m/s}</math> die [[Fermi-Geschwindigkeit]] in Graphen, die an die Stelle der Lichtgeschwindigkeit tritt; <math>\vec{\sigma}</math> bezeichnet die [[Pauli-Matrizen]], <math>\psi(\mathbf{r})</math> die zweikomponentige Wellenfunktion der Elektronen und <math>E</math> ihre Energie.<ref name="Castro">{{Literatur |Autor=A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R Peres, [[Kostya Novoselov|K. S. Novoselov]], [[Andre Geim|A. K. Geim]] |Titel=The electronic properties of graphene |Sammelwerk=Arxiv preprint |Datum=2007 |arXiv=0709.1163v2}}</ref>

=== Ungewöhnlicher Quanten-Hall-Effekt ===
Wegen der Besonderheiten in der Dispersion ist in diesem Material die Treppenstruktur der ganzzahligen [[Quanten-Hall-Effekt|Quanten-Hall-Plateaus]], <math>\sigma_{xy}\propto n</math>, für alle Stufen genau „um 1/2 verschoben“, <math>n\to n+\tfrac{1}{2}\,,\,n\in \mathbb{N+}.</math><ref name="rise">{{Literatur |Autor=A. K. Geim, K.&nbsp;S. Novoselov |Titel=The rise of graphene |Sammelwerk=Nature Materials |Nummer=6 |Datum=2007 |Seiten=183–191 |DOI=10.1038/nmat1849}}</ref> Die [[Valley-Entartung|Zwei-Valley-Struktur]] (formaler „Pseudospin“) und die „echte“ Spin-Entartung ergeben zusammen einen zusätzlichen Faktor 4. Bemerkenswerterweise kann man dies&nbsp;– im Gegensatz zum konventionellen Quanten-Hall-Effekt&nbsp;– auch bei Zimmertemperatur beobachten.<ref name="2dgasDiracFermions">{{Literatur |Autor=K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I. V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov |Titel=Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene |Sammelwerk=Nature |Band=438 |Nummer=7065 |Datum=2005 |Seiten=197–200 |arXiv=cond-mat/0509330v1 |DOI=10.1038/nature04233}}</ref>

=== Steifigkeit und Temperaturabhängigkeit ===
''Graphen'' ist in Schichtrichtung extrem steif,<ref name="Lee" /> weil die sp<sup>2</sup>-Bindung zwischen benachbarten Atomen von der Stärke her mit der sp<sup>3</sup>-Bindung von Diamant vergleichbar ist. Dementsprechend erwartet man generell&nbsp;– und das entspricht dem Experiment<ref name="Castro" /><ref name="rise" />&nbsp;–, dass die für die Anwendung interessanten Eigenschaften von Graphen nicht nur am absoluten Temperaturnullpunkt gelten, d.&nbsp;h. bei −273,15&nbsp;°C, sondern bei Zimmertemperatur gültig bleiben.

Eine solche Eigenschaft ist die [[Thermoelektrizität]]: Ein Temperaturgradient in Graphen-Ebenen verursacht eine elektrische Feldstärke aufgrund einer Entkopplung der Temperatur der Elektronen von der des Gitters. Elektrische Spannung bei Beleuchtung von Graphen war schon früher beobachtet worden, aber als Ursache wurde die [[Photovoltaischer Effekt|Photovoltaik]] vermutet. Dass die Entkopplung noch bei Zimmertemperatur beobachtet werden kann, liegt an der Steifigkeit des Gitters: Die elementaren Schwingungsanregungen des Gitters ([[Phonon]]en) sind so hochenergetisch, dass die Elektronen selten ein solches Phonon erzeugen.<ref>{{Literatur |Autor=Nathaniel M. Gabor, Justin C. W. Song, Qiong Ma, Nityan L. Nair, Thiti Taychatanapat, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Leonid S. Levitov, Pablo Jarillo-Herrero |Titel=Hot Carrier–Assisted Intrinsic Photoresponse in Graphene |Sammelwerk=Science |Nummer=6056 |Datum=2011 |Seiten=648–652 |DOI=10.1126/science.1211384}}</ref>

=== Elastisches Verhalten und Pseudo-Magnetfeld ===
Im Juli 2010 wurde in einer Veröffentlichung in der amerikanischen Wissenschaftszeitschrift [[Science]] von extrem starken Pseudo-[[Magnetfeld]]ern berichtet.<ref>{{Literatur |Autor=N. Levy, S. A. Burke, K. L. Meaker, M. Panlasigui, A. Zettl, F. Guinea, A. H. Castro Neto, M. F. Crommie |Titel=Strain-Induced Pseudo-Magnetic Fields Greater Than 300 Tesla in Graphene Nanobubbles |Sammelwerk=Science |Band=329 |Nummer=5991 |Datum=2010-06-30 |Seiten=544–547 |DOI=10.1126/science.1191700}}</ref> Durch elastische Verformung wurden in Graphen winzige dreieckige Bläschen von 4&nbsp;Nanometer bis 10&nbsp;Nanometer Größe erzeugt, in denen sich die Elektronen so bewegten, als würde ein etwa 300&nbsp;[[Tesla (Einheit)|Tesla]] starkes Magnetfeld auf sie einwirken. Es zeigte sich, dass der beobachtete Effekt, im Gegensatz zur Auswirkung eines echten Magnetfeldes, den eigentlichen [[Spin]] des Elektrons ''nicht'' beeinflusst, sondern dass stattdessen der gerade erwähnte Pseudo-Spin beeinflusst wird, der mit der Existenz ''zweier'' verschiedener äquivalenter Basis-Atome in der Bienenwaben-Struktur zusammenhängt.<ref>In der Sprache der Chemie: Es gibt ''zwei'' äquivalente Möglichkeiten, in einem Sechserring („Benzolring“) abwechselnd Einfach- und Doppelbindungen einzuführen.</ref> Dieser Pseudospin hat eine ähnliche Wechselwirkung mit dem Pseudo-Magnetfeld wie echte Spins mit echten Magnetfeldern, weil auch diese „Zwei-Niveau-Systeme“ generieren. Die Experimente um den so erzeugten [[Quanten-Hall-Effekt|„Pseudo-Quanten-Hall-Effekt“]] basierten auf theoretischen Vorhersagen, die damit bestätigt wurden.

=== Spinströme ===
Im April 2011 haben A. Geim und Mitarbeiter einen Artikel<ref>{{Literatur |Autor=D. A. Abanin, S. V. Morozov, L. K. Ponomarenko, R. V. Gorbachev ,&nbsp;A. S. Mayorov, M. I. Katsnelson, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. S. Novoselov, L. S. Levitov, A. K. Geim |Titel=Giant Nonlocality Near the Dirac Point in Graphene |Sammelwerk=Science |Band=332 |Nummer=6027 |Datum=2011-04-15 |Seiten=328–330 |DOI=10.1126/science.1199595}}</ref> veröffentlicht, in dem sie starke Spinströme und strominduzierten Magnetismus in der Nähe des [[Dirac-Punkt]]es beschreiben, d.&nbsp;h. in der Nähe des Treffpunktes von Leitungsband und Valenzband. Das eröffnet die Aussicht auf Anwendungen in der [[Spintronik]].<ref>Siehe z.&#x202F;B. den folgenden Artikel in der Ausgabe des Physik-Journals vom Mai 2011: {{Webarchiv |url=http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=13933 |text=Online |wayback=20110522101755 }}.</ref>

=== Chemische Funktionalisierung und EU-Großprojekt ===
2013 hat die [[EU]] ein neues Großprojekt („{{lang|en|flagship project}}“) über Graphene angekündigt,<ref>Siehe etwa den Artikel von Louisa Knobloch, ''Forscher setzen auf „Wundermaterial“'', Mittelbayerische Zeitung, 11. Febr. 2013, Seite 21, oder den folgenden Internet-Artikel der Universität Erlangen, ''[http://www.chemie.uni-erlangen.de/dcp/home/eu-startet-neues-grossforschungsprojekt-im-bereich-graphen/ EU startet neues Großprojekt im Bereich Graphen]'', (abgerufen am 11. Febr. 2013).</ref> an dem Forscher in vielen Mitgliedstaaten zusammenarbeiten werden, vor allem Physiker und Chemiker. Man kann z.&nbsp;B. Doppelbindungen des Graphens – jede zweite Bindung ist eine solche – „aufbrechen“ und durch zwei Einzelbindungen ersetzen, an die man dann verschiedene organische Moleküle anheftet: Dadurch kann man die Eigenschaften des Systems gezielt beeinflussen, was die Wissenschaftler aus dem Projekt untersuchen. Die Erfolge und Budget des Projektes erhöhten sich seit dem Anfang stetig. Im Oktober 2020 wurde beispielsweise 2D-Experimental-Pipeline, ein Projekt, das versucht 2D-Materialien und Graphen in Silicium-[[Halbleiter]] einzubauen, angekündigt und begonnen.<ref>[https://graphene-flagship.eu/industrialisation/pilot-line/ 2D-Experimental Pilot Line], auf graphene-flagship.eu</ref> Heutzutage arbeiten die beteiligten Wissenschaftler an vielen verschiedenen Ideen unter anderem in den Gebieten der Biomedizin, Energie und Elektronik und Photonik.<ref>{{Internetquelle |url=https://780207571.flowpaper.com/GrapheneFlagshipAR2023ScreenSinglePages/ |titel=Graphene Flagship Annual Report 2023 |hrsg=Graphene Flagship |abruf=2024-07-23}}</ref>

=== Hydrodynamisches Verhalten mit ungewöhnlichen Eigenschaften ===
2016 wurde ein sogenanntes [[Fluiddynamik|hydrodynamisches]] („flüssigkeitsähnliches“) Verhalten der Elektronen im Graphen festgestellt, jedoch mit außergewöhnlichen Eigenschaften:<ref>Alexander D. Mirlin und Jörg Schmalian: ''Elektronen im Fluss'', [[Physik Journal]] 15 (5), 18–19 (2016)</ref> So ist z.&nbsp;B. das sonst für metallische Systeme gültige [[Wiedemann-Franzsches Gesetz|Wiedemann-Franz-Gesetz]], das das Verhältnis von thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, geteilt durch die [[Kelvin]]temperatur T, bei metallischen Systemen gleich einer universellen Konstante ist, bei Graphen verletzt, indem bei Annäherung der [[Fermi-Energie]] an den Überschneidungspunkt die Wärmeleitfähigkeit viel zu groß wird (der spezifische Wärmewiderstand also viel zu klein). Darüber hinaus beobachtet man in dieser Elektronenflüssigkeit (Fachausdruck: [[Dirac-Flüssigkeit]]) eine ungewöhnliche Tendenz zur Ausbildung von Wirbelstrukturen.

=== Schaltbares, supraleitendes Graphen ===
Supraleitendes Graphen ist ein neues Material, das durch eine Kombination aus Graphen und Bornitrid gebildet wird.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Dahlia R. Klein, Li-Qiao Xia, David MacNeill, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Pablo Jarillo-Herrero |Titel=Electrical switching of a bistable moiré superconductor |Sammelwerk=Nature Nanotechnology |Datum=2023-01-30 |DOI=10.1038/s41565-022-01314-x |Online=https://www.nature.com/articles/s41565-022-01314-x |Abruf=2023-02-02}}</ref><ref name=":1">{{Internetquelle |autor=Nadja Podbregar |url=https://www.scinexx.de/news/physik/supraleitendes-graphen-wird-schaltbar/ |titel=Supraleitendes Graphen wird schaltbar |datum=2023-02-02 |sprache=de-DE |abruf=2023-02-02}}</ref> Es zeichnet sich durch seine besondere Eigenschaft aus, dass es elektrisch schaltbar ist.<ref name=":0" /><ref name=":1" /> Dies bedeutet, dass kurze Spannungspulse ausreichen, um das Material zum Supraleiter, Leiter oder Nichtleiter zu machen.<ref name=":0" /><ref name=":1" /> Diese Fähigkeit könnte neue Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronik eröffnen, die Computer und andere Geräte energieeffizienter und schneller machen könnten.<ref name=":1" />

== Verallgemeinerungen ==
Verallgemeinerungen sind naheliegend. Einige durch Faltung oder Rollprozesse entstehende Strukturen, darunter die [[Kohlenstoffnanoröhre]]n ({{enS|carbon nanotubes}}) und die ''Fullerene'', wurden bereits erwähnt. Aber näherliegend ist es, zunächst ''Zweilagensysteme'' aus Graphen zu untersuchen. Diese haben interessante zusätzliche Eigenschaften: Sie zeigen [[Halbleiter|halbleitendes Verhalten]] analog zu [[Silicium]], aber mit einer Bandlücke, die durch elektrische Felder systematisch verändert werden kann.<ref>{{Literatur |Autor=Yuanbo Zhang, Tsung-Ta Tang, Caglar Girit, Zhao Hao, Michael C. Martin, Alex Zettl, Michael F. Crommie, Y. Ron Shen, Feng Wang |Titel=Direct observation of a widely tunable bandgap in bilayer graphene |Sammelwerk=Nature |Band=459 |Nummer=7248 |Datum=2009 |Seiten=820–823 |DOI=10.1038/nature08105}}</ref>

== Graphan ==
Mit Hilfe von [[atom]]arem [[Wasserstoff]], der durch eine elektrische Entladung in einem Wasserstoff-[[Argon]]-Gemisch erzeugt wird, lässt sich Graphen in Graphan umwandeln. In Graphan ist jedem Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom zugeordnet, und die Bindungsstruktur ähnelt dem sesselförmigen [[Cyclohexan]]. Graphan zerfällt oberhalb von 450&nbsp;°C in Graphen und Wasserstoff. Graphan ist im Gegensatz zum Graphen ein elektrischer [[Nichtleiter|Isolator]].<ref>{{Literatur |Autor=D. C. Elias, R. R. Nair, T. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, A. K. Geim, K. S. Novoselov |Titel=Control of Graphene's Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane |Sammelwerk=Science |Band=323 |Nummer=5914 |Datum=2009-09-30 |Seiten=610–613 |DOI=10.1126/science.1167130}}</ref>

== Graphen-Übergitter ==
Periodisch gestapeltes Graphen und sein isolierendes Isomorph bieten ein faszinierendes Strukturelement für die Implementierung hochfunktioneller [[Übergitter]] auf atomarer Ebene, das Möglichkeiten für den Entwurf nanoelektronischer und photonischer Bauelemente bietet. Durch Stapeln von Graphen und seinen verwandten Formen können verschiedene Arten von Übergittern erhalten werden.<ref>{{cite journal|last1=Xu|first1=Yang|last2=Liu|first2=Yunlong|last3=Chen|first3=Huabin|last4=Lin|first4=Xiao|last5=Lin|first5=Shisheng|last6=Yu|first6=Bin|last7=Luo|first7=Jikui|title=Ab initio study of energy-band modulation ingraphene-based two-dimensional layered superlattices|journal=Journal of Materials Chemistry|volume=22|issue=45|pages=23821|date=2012|language=en|doi=10.1039/C2JM35652J}}</ref> Das Energieband in schichtgestapelten Übergittern reagiert empfindlicher auf die Barrierebreite als das in herkömmlichen III-V-Halbleiter-Übergittern. Wenn der Barriere in jeder Periode mehr als eine Atomschicht hinzugefügt wird, kann die Kopplung elektronischer Wellenfunktionen in benachbarten Potentialtöpfen erheblich reduziert werden, was zur Degeneration kontinuierlicher Teilbänder in quantisierte Energieniveaus führt. Bei Variation der Bohrlochbreite verhalten sich die Energieniveaus in den Potentialtöpfen entlang der L-M-Richtung deutlich anders als in denen entlang der K-H-Richtung.

Ein Übergitter entspricht einer periodischen oder quasi-periodischen Anordnung verschiedener Materialien und kann durch eine Übergitterperiode beschrieben werden, die dem System eine neue Translationssymmetrie verleiht, die sich auf ihre Phononendispersionen und anschließend auf ihre Wärmetransporteigenschaften auswirkt. Kürzlich wurden einheitliche Monoschicht-Graphen-hBN-Strukturen erfolgreich durch Lithographiemusterung in Verbindung mit chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) synthetisiert<ref>{{Literatur |Autor=Zheng Liu u.&nbsp;a. |Titel=In-plane heterostructures of graphene and hexagonal boron nitride with controlled domain sizes |Sammelwerk=Nature Nanotechnology |Band=8 |Nummer=2 |Datum=2013-02 |Seiten=119–124 |DOI=10.1038/nnano.2012.256}}</ref>. Darüber hinaus sind Übergitter von Graphen-hBN ideale Modellsysteme für die Realisierung und das Verständnis des kohärenten (wellenartigen) und inkohärenten (partikelartigen) Phonon-Wärmetransports.<ref>{{Literatur |Autor=Isaac M. Felix, Luiz Felipe C. Pereira |Titel=Thermal Conductivity of Graphene-hBN Superlattice Ribbons |Sammelwerk=Scientific Reports |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2018-02-09 |Seiten=2737 |DOI=10.1038/s41598-018-20997-8}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Isaac de Macêdo Félix |Titel=Condução de calor em nanofitas quase-periódicas de grafeno-hBN |TitelErg=Doktorarbeit, Universidade Federal do Rio Grande do Norte |Datum=2020-08-04 |Sprache=pt-BR |ID={{HDL| 123456789/30749}}}}</ref>

== Doppelschicht-Graphen ==
Hier ergeben sich je nach Ausrichtung der beiden Gitter zueinander [[Moiré-Muster]] mit entsprechend stärkerer Kopplung der Bänder in beiden Schichten und neuen Transportphänomenen je nach Drehwinkel, was 2011 zur Vorhersage einer neuen Art von [[Supraleitung]] durch [[Allan H. MacDonald]] und [[Rafi Bistritzer]] bei einem bestimmten Drehwinkel führte, experimentell bestätigt durch ein Team am [[Massachusetts Institute of Technology]] unter [[Pablo Jarillo-Herrero]] 2017. MacDonald, Bistritzer und Jarillo-Herrero erhielten dafür 2020 den [[Wolf-Preis]] in Physik.

== Grundlagenforschung und mögliche Anwendung ==
Wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit von Graphen wird derzeit an der Frage geforscht, ob Graphen Silicium als Transistormaterial ablösen könnte. Erste Erfolge wie die Darstellung eines Graphit-Microchips konnten bereits verbucht werden. Mit graphenbasierten Transistoren sollten Taktraten im Bereich von 500 bis 1000&nbsp;GHz möglich sein.<ref>{{Internetquelle |autor=David Chandler |url=http://web.mit.edu/newsoffice/2009/graphene-palacios-0319.html |titel=New material could lead to faster chips |werk=[[Massachusetts Institute of Technology|MIT News]] |datum=2009-03-19 |abruf=2009-03-28}}</ref> IBM gelang es Anfang 2010, erstmals einen 100-GHz-Transistor auf Graphenbasis herzustellen.<ref>[http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/29343.wss ''Made in IBM Labs: IBM Scientists Demonstrate World's Fastest Graphene Transistor.''] Pressemitteilung von IBM vom 5. Februar 2010.</ref> Nach Untersuchungen von Yanqing Wu und Mitarbeitern vom April 2011<ref>{{Literatur |Autor=Yanqing Wu, Yu-ming Lin, Ageeth A. Bol, Keith A. Jenkins, Fengnian Xia, Damon B. Farmer, Yu Zhu, Phaedon Avouris |Titel=High-frequency, scaled graphene transistors on diamond-like carbon |Sammelwerk=Nature |Band=472 |Nummer=7341 |Datum=2011-03-07 |Seiten=74–78 |DOI=10.1038/nature09979}}</ref> scheint Kohlenstoff mit Diamantstruktur geeignete Substrate zu ergeben.

In der Grundlagenforschung dient Graphen als Modellsubstanz für zweidimensionale Kristalle: Es ist schwierig, das System in Form von ''Einzelschichten'' zu erhalten; erst im Jahre 2004 konnten die ersten kontaktierbaren „Graphen-Flocken“ erhalten werden. <!--! Quelle? -->

* Eventueller Einsatz in [[Superkondensator]]en und [[Akku]]s<ref>[http://www.physorg.com/news/2012-03-graphene-supercapacitor-portable-electronics.html Researchers develop graphene supercapacitor holding promise for portable electronics]</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.graphene-info.com/yadea-launches-its-graphene-battery-tech-new-tech-launching-event |titel=Yadea launches its graphene battery technology |werk=graphene-info.com | sprache=en |datum=2022-10-04 |abruf=2023-01-08}}</ref>
* Als Graphenoxid ist es gasdicht und gleichzeitig [[Permeabilität (Materie)|permeabel]] für H<sub>2</sub>O-Moleküle. Dadurch ist ein Einsatz als Wasserfilter, [[Destillation|Destillator]] und Dichtmittel vor allem als [[hermetisch]]e Versiegelung (sogar dicht für Helium) geeignet.<ref>[http://www.manchester.ac.uk/aboutus/news/display/?id=7895 The University of Manchester "Supermaterial goes superpermeable"]</ref>
* Eventueller Einsatz in der [[Photovoltaik]] als [[Solarzelle]] der dritten Generation mit einem [[Wirkungsgrad]] bis zu 60 %.<ref>[http://heise.de/-1815250 Die neue Kohlekraft]</ref> Jedoch erscheint dieser Ansatz nach neuerer Forschung nicht möglich.<ref>[https://www.mpg.de/7558845/graphen_terahertz_laser Forschung, Aktuelles, 2013, Graphen eignet sich als aktives Material für einen Terahertz-Laser]</ref>
* Realisierung einer stabilen und haltbaren Speicherzelle für künstliche neuronale Netze mit Zwischenzuständen statt binären Werten<ref>[https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-12-09reram.html Mit Graphen zur optimierten Speicherzelle]</ref>

Die Europäische Kommission hat 2013 im Rahmen der ''[[Forschungsrahmenprogramm|European Flagship Initiative]]'' beschlossen, die Erforschung von Graphen mit einer Milliarde Euro zu fördern.<ref>[https://cordis.europa.eu/fp7/ict/programme/fet/flagship/home_en.html European Flagship Initiative] (Tabellarische Übersicht der Europäischen Kommission)</ref>

Im November 2016 wird über eine neue Möglichkeit berichtet, Graphen als eine Art mechanisches [[Pixel]] für die Entwicklung neuartiger energieeffizienter Farbdisplays zu nutzen. Eine Membran aus Graphen über einer Luftkammer wölbt sich bei Druckunterschieden und einfallendes Licht wird in unterschiedlichen Farben reflektiert. Die Forscher glauben, dass man auf der Basis eine reflektive Displaytechnik entwickeln kann, die auf [[IMOD|interferometrischer Modulation]] beruht.<ref>{{Internetquelle |autor=Angela Meyer |url=https://www.heise.de/newsticker/meldung/Forscher-entwickeln-neuartige-mechanische-Pixel-3505776.html |titel=Forscher entwickeln neuartige mechanische Pixel |werk=heise.de |hrsg=Heise Online |datum=2016-11-27 |abruf=2016-11-28}}</ref>

Dem [[Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik]] (FEP) ist es 2016/17 erstmals gelungen, [[OLED]]-Elektroden aus Graphen herzustellen. Das Verfahren wurde im EU-geförderten Projekt „Gladiator“ (Graphene Layers: Production, Characterization and Integration) gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt und optimiert.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2017/januar/meilenstein-in-der-graphen-fertigung.html |titel=Neues Hightech-Material: Meilenstein in der Graphen-Fertigung - Presseinformation des FEP |hrsg=fep.fraunhofer.de |datum=2017-01-03 |abruf=2017-01-08}}</ref>

Das australische Unternehmen Talga verwendet seit den späten 2010er Jahren Graphen als Beimischung zu Beton, was ihn leitfähig macht und Zement einspart. Angestrebte Anwendungsfälle waren die Förderung der Elektromobilität durch induktives Laden von Elektroautos oder das Beheizen von Straßen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.golem.de/news/graphen-leitfaehiger-beton-ermoeglicht-laden-von-elektroautos-1806-135168.html |titel=Leitfähiger Beton ermöglicht laden von Elektrofahrzeugen |datum=2018-06-27 |abruf=2018-07-01}}</ref> Seitdem hat sich herausgestellt, dass die Beimischung auch andere Eigenschaften von Beton verbessert aber auch die Kosten des Baustoffs um einen Faktor zwischen 5 und 10 erhöht.<ref>{{Literatur |Titel= Graphene concrete: Recent advances in production methods, performance properties, environmental impact and economic viability
|Autor= A. H. Alateah |Sammelwerk= Case Studies in Construction Materials |Band= 19 |DOI=  10.1016/j.cscm.2023.e02653}}</ref>

== Auswirkungen auf Mensch und Umwelt ==
Im Jahr 2013 fanden Untersuchungen an der Brown University heraus, dass 10 μm dicke, wenig-schichtige Graphenflocken in der Lage sind, Zellmembranen in Lösung zu durchdringen. Es wurde beobachtet, dass sie zunächst über scharfe und gezackte Spitzen eindringen und so die Internalisierung von Graphen in die Zelle ermöglichen. Die physiologischen Auswirkungen davon bleiben unbekannt, und dies bleibt ein relativ unerforschtes Gebiet.<ref name="brownedu">{{cite web |last=Stacey |first=Kevin |title=Jagged graphene edges can slice and dice cell membranes - News from Brown |date=2013-07-10 |url=https://news.brown.edu/articles/2013/07/graphene |work=brown.edu |language=en}}</ref><ref name="li13">{{Cite journal |last1=Li |first1=Y. |last2=Yuan |first2=H. |last3=von Dem Bussche |first3=A. |last4=Creighton |first4=M. |last5=Hurt |first5=R. H. |last6=Kane |first6=A. B. |last7=Gao |first7=H. |title=Graphene microsheets enter cells through spontaneous membrane penetration at edge asperities and corner sites |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences |issue=30 |volume=110 |pages=12295–12300 |year=2013 |doi=10.1073/pnas.1222276110 |pmid=23840061 |bibcode=2013PNAS..11012295L |pmc=3725082 |doi-access=free |language=en}}</ref>

Mit Stand 2014 wurden bislang nur sehr geringe Mengen an Graphen produziert – meist in Kleinstmengen zu rein wissenschaftlichen Zwecken. Die [[Toxizität]] von Graphen wurde bislang noch nicht tiefergehend untersucht, ebenso wenig die möglichen Auswirkungen auf die Umwelt. Wissenschaftler der [[University of California, Riverside]] sehen die Forschungen hinsichtlich der von Graphen ausgehenden Gefahren auf dem Stand, den die Wissenschaft bezüglich [[Arzneimittel|Pharmazeutika]] und [[Chemikalie]]n vor 30 Jahren erreicht hatte. Erste Veröffentlichungen zu diesem Thema lassen unter anderem erwarten, dass Graphen im Grundwasser eine hohe Mobilität aufweist und sich daher schnell verbreiten könnte.<ref>{{Literatur |Autor=Jacob D. Lanphere, Brandon Rogers, Corey Luth, Carl H. Bolster, Sharon L. Walker |Titel=Stability and Transport of Graphene Oxide Nanoparticles in Groundwater and Surface Water |Sammelwerk=Environmental Engineering Science |Datum=2014-03-17 |DOI=10.1089/ees.2013.0392 |Sprache=en}}</ref>

Im selben Jahr zeigten Untersuchungen an der [[Stony Brook University]], dass Graphen-Nanobänder, Graphen-Nanoplättchen und Graphen-Nanozwiebeln bei Konzentrationen von bis zu 50 μg/ml ungiftig sind. Diese Nanopartikel verändern die Differenzierung menschlicher [[Knochenmark]]sstammzellen zu [[Osteoblast]]en (Knochen) oder [[Adipozyt]]en (Fett) nicht, was darauf hindeutet, dass Graphen-Nanopartikel bei niedrigen Dosen für biomedizinische Anwendungen sicher sind.<ref>{{cite journal |last1=Talukdar |first1=Y |last2=Rashkow |first2=J. T. |last3=Lalwani |first3=G |last4=Kanakia |first4=S |last5=Sitharaman |first5=B |title=The effects of graphene nanostructures on mesenchymal stem cells |journal=Biomaterials |issue=18 |volume=35 |pages=4863–77 |year=2014 |doi=10.1016/j.biomaterials.2014.02.054 |pmid=24674462 |pmc=3995421 |language=en}}</ref>

Eine 2016 von Lalwani et al. veröffentlichte Übersicht über die Toxizität von Graphen fasst die In-vitro-, In-vivo-, antimikrobiellen und umweltbedingten Wirkungen zusammen und beleuchtet die verschiedenen Mechanismen der Graphen-Toxizität.<ref name="lalwani16">{{cite journal |last1=Lalwani |first1=Gaurav |last2=D'Agati |first2=Michael |last3=Mahmud Khan |first3=Amit |last4=Sitharaman |first4=Balaji |title=Toxicology of graphene-based nanomaterials |journal=Advanced Drug Delivery Reviews |issue=Pt B |volume=105 |pages=109–144 |year=2016 |doi=10.1016/j.addr.2016.04.028 |pmid=27154267 |pmc=5039077 |language=en}}</ref>

Ein weiterer Übersichtsartikel, der 2016 von Ou et al. veröffentlicht wurde, konzentriert sich auf Nanomaterialien der Graphenfamilie (GFNs) und behandelt mehrere typische Mechanismen wie die physische Zerstörung von Zellen durch die scharfkantige Struktur, oxidativen Stress, DNA-Schädigung, Entzündungsreaktion, [[Apoptose]], [[Autophagie]] und [[Nekrose]].<ref name="ou16">{{cite journal |last1=Ou |first1=Lingling |last2=Song |first2=Bin |last3=Liang |first3=Huimin |last4=Liu |first4=Jia |last5=Feng |first5=Xiaoli |last6=Deng |first6=Bin |last7=Sun |first7=Ting |last8=Shao |first8=Longquan |title=Toxicity of graphene-family nanoparticles: A general review of the origins and mechanisms |journal=Particle and Fibre Toxicology |issue=1 |volume=13 |page=57 |year=2016 |doi=10.1186/s12989-016-0168-y |pmid=27799056 |pmc=5088662 |doi-access=free |language=en}}</ref>

Eine Studie aus dem Jahr 2020 zeigte, dass die Toxizität von Graphen von mehreren Faktoren abhängt, wie etwa Form, Größe, Reinheit, Verarbeitungsschritten nach der Produktion, oxidativem Zustand, funktionellen Gruppen, Dispersionszustand, Synthesemethoden, Verabreichungsweg und -dosis sowie Expositionszeiten.<ref>{{cite journal |last1=Joshi |first1=Shubhi |last2=Siddiqui |first2=Ruby |last3=Sharma |first3=Pratibha |last4=Kumar |first4=Rajesh |last5=Verma |first5=Gaurav |last6=Saini |first6=Avneet |title=Green synthesis of peptide functionalized reduced graphene oxide (rGO) nano bioconjugate with enhanced antibacterial activity |journal=Scientific Reports |issue=9441 |volume=10 |page=9441 |year=2020 |doi=10.1038/s41598-020-66230-3 |pmid=32523022 |bibcode=2020NatSR..10.9441J |pmc=7287048 |language=en}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Carbin]]

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=Björn Trauzettel
   |Titel=Von Graphit zu Graphen
   |Sammelwerk=[[Physik Journal]]
   |Band=6
   |Nummer=7
   |Datum=2007
   |Seiten=39–44
   |Online=https://pro-physik.de/zeitschriften/download/16993}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Mikhail Katsnelson]]
   |Titel=Graphene: carbon in two dimensions
   |Sammelwerk=Materials Today
   |Band=10
   |Nummer=1–2
   |Datum=2007
   |Seiten=20–27
   |DOI=10.1016/S1369-7021(06)71788-6}}
* {{Literatur
   |Autor=Mikhail I. Katsnelson
   |Titel=Graphene. Carbon in two dimensions.
   |Verlag=Cambridge University Press
   |Ort=Cambridge u.&nbsp;a.
   |Datum=2012
   |ISBN=978-0-521-19540-9
   |Sprache=en}}
* {{Literatur
   |Autor=Phaedon Avouris, Zhihong Chen, Vasili Perebeinos
   |Titel=Carbon-based electronics
   |Sammelwerk=Nat Nano
   |Band=2
   |Nummer=10
   |Datum=2007
   |Seiten=605–615
   |DOI=10.1038/nnano.2007.300}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Andre Geim|Andre K. Geim]], [[Philip Kim (Physiker)|Philip Kim]]
   |Titel=Wunderstoff aus dem Bleistift
   |Sammelwerk=[[Spektrum der Wissenschaft]]
   |Nummer=8
   |Datum=2008
   |Seiten=86–93}}
* {{Literatur
   |Autor=A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, [[Kostya Novoselov|K. S. Novoselov]], A. K. Geim
   |Titel=The electronic properties of graphene
   |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics
   |Band=81
   |Nummer=1
   |Datum=2009
   |Seiten=109–154
   |Kommentar=Review-Artikel
   |arXiv=0709.1163v2
   |DOI=10.1103/RevModPhys.81.109}}
* {{Literatur
   |Autor=A. C. Ferrari et al.
   |Titel=Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems
   |Sammelwerk=Nanoscale
   |Band=7
   |Nummer=11
   |Datum=2015
   |Seiten=4598–4810
   |Kommentar=Review-Artikel der EU-Flagship-Initiative zum technischen Stand, englisch, open access
   |DOI=10.1039/C4NR01600A}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Bernhard Schiekel]]
   |Titel=Festkörperphysik und Topologie - eine Einführung
   |Ort=Ulm
   |Datum=2023
   |Seiten=144–166
   |DOI=10.18725/OPARU-49527}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Graphene|Graphen|audio=0|video=1}}
{{Wiktionary}}
* {{Internetquelle |autor=Jan Oliver Löfken |url=https://pro-physik.de/nachrichten/das-vielleicht-stabilste-papier-der-welt |titel=Graphen: Das vielleicht stabilste Papier der Welt |werk=pro-physik.de |datum=2007-07-26 |abruf=2024-01-26}}
* {{Internetquelle |autor=Thomas Pichler |url=http://www.pressetext.ch/pte.mc?pte=080418027 |titel=Kleinster Transistor der Welt nur ein Atom dick |werk=Pressetext Schweiz (pte) |datum=2008-04-18 |abruf=2008-03-28}}
* {{Internetquelle |url=http://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications.html#Graphene#Graphene |titel=Alle Veröffentlichungen der Gruppe von A. Geim über Graphen kann man hier einzeln herunterladen (in englischer Sprache) |werk=The University of Manchester |datum=2007 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20080430162752/http://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications.html#Graphene#Graphene |archiv-datum=2008-04-30 |abruf=2016-11-28 |offline=1}}
* {{Internetquelle |url=http://graphenetimes.com/2009/12/boehms-1961-isolation-of-graphene/ |titel=Informationen zu Graphen und fundierte Diskussion zu der Entdeckungsfrage (in englischer Sprache) |werk=Graphene Times |archiv-url=https://web.archive.org/web/20100420023757/http://graphenetimes.com/2009/12/boehms-1961-isolation-of-graphene/ |archiv-datum=2010-04-20 |abruf=2016-11-28 |offline=1}}
* ''[http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/29343.wss Made in IBM Labs: IBM Scientists Demonstrate World's Fastest Graphene Transistor].'' 5. Februar 2010 (englisch; IBM entwickelt einen 100-GHz-Transistor auf der Basis von Graphen).
* [http://news.bbc.co.uk/2/hi/programmes/click_online/9491789.stm Is graphene a miracle material?] („Many believe it could spell the end for silicon and change the future of computers and other devices forever“), Alex Hudson, [[BBC]] News, 21. Mai 2011.
* Ansgar Kretschmer: ''[https://www.scinexx.de/dossier-675-1.html Wundermaterial in zwei Dimensionen].'' 15. Mai 2014 (Scinexx-Dossier).
* {{YouTube |id=n82_NsFjj_8 |titel=Construction's Graphene Revolution Has (Finally) Begun |upload=2021-09-07 |kommentar=Tomorrow's Build, englisch}}

== Einzelnachweise und Fußnoten ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=7591667-8|LCCN=sh2008005807|NDL=001130423}}

[[Kategorie:Nanowerkstoff]]
[[Kategorie:Kohlenstoffmodifikation]]
[[Kategorie:Halbleiter]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]