Cechy grafenu
Od momentu uzyskania pierwszych ilości grafenu naukowcy z całego świata rozpoczęli szeroko zakrojone badania nad tą substancją. Już wcześniej spodziewano się, że dzięki grafenowi będzie można wytwarzać urządzenia i uzyskiwać materiały o znacznie udoskonalonych parametrach. Najważniejszą cechą grafenu jest to, że jest on doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego - może przewodzić prąd nawet przy zerowej koncentracji ładunku elektrycznego. Jest to spowodowane specyficznym oddziaływaniem elektronów z periodycznym potencjałem heksagonalnej, dwuwymiarowej sieci krystalicznej tworzonej przez atomy węgla znajdujące się w strukturze grafenu. Między innymi właśnie dzięki temu elektrony poruszają się w tym materiale sto razy szybciej niż w krzemie, a ich ruch jest znacznie bardziej płynny (elektrony rzadko zderzają się z atomami węgla). Stąd straty energii w materiale są znacznie mniejsze, a ten się prawie w ogóle nie nagrzewa. Grafen jest też doskonałym przewodnikiem cieplnym, czyli bardzo dobrze odprowadza ciepło na zewnątrz z układu.
Jeśli chodzi o właściwości mechaniczne grafenu, to okazuje się, że materiał ten jest również niezwykle wytrzymały. Jego odpornośćna naprężenia jest około dwustu razy większa od stali i jest przy tym bardzo elastyczny. Grafen wytrzymuje rozciągnięcie go o 20% w stosunku do jego pierwotnego rozmiaru. Jest też przezroczysty - odbija zaledwie 2,3% docierającego do niego światła, a całą resztę przepuszcza. Istotną cechą grafenu jest również to, że łatwo jest modyfikować jego właściwości fizykochemiczne za pomocą obróbki chemicznej.

Do czego można zastosować grafen
Potencjalne zastosowania grafenu są bardzo szerokie, jednak największe nadzieje związane z nowym materiałem wiąże elektronika. Dlaczego? Po pierwsze grafen, może zastąpić krzem jako podstawowy materiał wykorzystywany do produkcji układów scalonych. Bazujące na nim procesory będą mogły pracować z dużo większymi częstotliwościami taktowania (będą po prostu szybsze). Szacuje się, że grafenowe układy scalone pierwszej generacji będą trzydziestokrotnie szybsze od ich krzemowych odpowiedników. Grafenowe tranzystory mogą też działać przy znacznie wyższych prądach i napięciach, przez co mogą być wykorzystane do produkcji znacznie wydajniejszych układów mocy - zwłaszcza, że grafen charakteryzuje się również bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym. Co więcej, nowy materiał cechuje się też dużym samoistnym przewodnictwem abipolarnym (dwukierunkowe, wspólne przewodnictwo dwóch rodzajów różnoimiennych ładunków), które można wykorzystać do zmian typu przewodnictwa za pomocą bramki sterującej. Dzięki tej właściwości można stworzyć bardzo wydajne zwielokratniacze częstotliwości, miksery analogowe czy sterowane elementy prostujące o częstotliwości pracy sięgającej teraherców. Wysoka przezroczystość pozwala z kolei konstruować bardzo wydajne diody luminescencyjne i wydajne ogniwa fotowoltaiczne.
Właściwości mechaniczne grafenu pozwalają z kolei myśleć o konstruowaniu wytrzymałych materiałów kompozytowych. Do ich wytwarzania nie są potrzebne duże, ciągłe warstwy grafenu, ale wystarczy proszek grafenowy. Jego jednoprocentowy dodatek do tworzywa sprawia, że końcowy materiał staje się materiałem przewodzącym, a więc nieelektryzującym się. Grafen zmniejsza też stopień pęcznienia tworzyw sztucznych pod wpływem rozpuszczalnika oraz zwiększa przewodnictwo cieplne plastiku. Dzięki tej ostatniej właściwości zmniejsza się ryzyko powstania wad materiałowych podczas wytwarzania elementów z tworzyw sztucznych metodą wtrysku. Dodanie grafenu sprawia, że materiał staje się lżejszy, mocniejszy i bardziej sztywny.

Problemy z produkcją
Wiele ośrodków badawczych prowadzi pracę nad uzyskiwaniem grafenu na skalę przemysłową. Opisana wcześniej metoda opracowana przez Andrieja Gejma i Konstantina Nowosiołowa po prostu nie nadaje się do wytwarzania jego dużych ilości. Obecnie najpopularniejszą metodami uzyskiwania grafenu są technologie wykorzystujące kwas chlorosiarkowy (HSO3Cl), w którym grafit rozpuszcza się spontanicznie do postaci grafenu. Następnie ze skoncentrowanego roztworu grafenu uzyskuje się jego warstwy poprzez kontrolowane odparowywanie. Uzysk grafenu z tej metody jest duży, ale niestety tak uzyskane płaty materiału nie są duże.
Druga z metod polega na epitaksjalnym wzroście grafenu poprzez sublimacyjne pozbywanie się atomów krzemu z węglika krzemu. Proces ten odbywa się w bardzo wysokiej temperaturze. Niestety, mimo że tą metodą można uzyskać sporej wielkości płaty grafenu, to mają one sporo wad strukturalnych. Wynika to z tego, że krzem podczas sublimacji odparowuje najpierw z miejsc, gdzie w strukturze węglika krzemu występują różnego rodzaju defekty krystalograficzne.
W wyścigu o opracowanie wydajnej, przemysłowej metody uzyskiwania grafenu liczą się również Polacy. Naukowcy z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych oraz Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego opracowali technologię uzyskiwania dużych, jednorodnych płacht grafenu wysokiej jakości. Bazuje ona na technologii chemicznego osadzania węgla z fazy gazowej CVD (Chemical Vapour Deposition) na podłożu, z węglika krzemu. W tej technologii można kontrolować liczbę warstw grafenu oraz go domieszkować.
Polscy naukowcy pracujący pod kierunkiem dr. inż. Włodzimierza Strupińskiego, twórcy tej metody, wykorzystali uzyskany przez siebie grafen m.in. do konstrukcji prototopowego czujnika wodoru. Co ważne, metoda wytwarzania grafenu do celów przemysłowych opracowana przez dr. inż. Włodzimierza Strupińskiego uzyskała już ochronę patentową na całym świecie. Wynalazkiem zainteresowała się także Agencja Rozwoju Przemysłu (ARP). Do badań nad wdrożeniem grafenu do zastosowań przemysłowych powołana została już przez nią spółka o nazwie Nanocarbon. Jak twierdzą przedstawiciele ARP, konsorcjum zdolne do wytwarzania produktu na bazie grafenu lub innych nanostruktur węglowych ma szansę powstać już na przełomie 2012 i 2013 r.