Le graphène est un nanomatériau bidimensionnel avec une structure en « nids d’abeilles ». Une couche de graphène fait donc un atome d’épaisseur, et n’est produit pour l’instant qu’à l’échelle nano au même titre que les nanotubes de carbone. Ses propriétés sont pourtant exceptionnelles.
• Le graphène est le matériau le plus mince et le plus robuste qui soit connu, plus dur que le diamant, et 200 f
ois plus résistant que l'acier: il demande le poids d'un éléphant en équilibre sur une pointe d'aiguille pour briser cette couche de l’épaisseur d’un atome ; sa résistance à la traction est supérieure à 1 TPa.
• Il est cependant très souple et très élastique pour une structure cristalline : son élasticité peut s’étendre jusqu'à 20% de sa longueur.
• Le graphène conduit la chaleur à plus de 5.000 W / mètre Kelvin, soit beaucoup mieux que toutes les autres structures de carbone comme les nanotubes de carbone, le graphite et le diamant (qui était jusqu'ici le champion à environ 1.000 W / mK).
• Le graphène est la couche atomique la plus imperméable, ne laissant aucun liquide ou aucun gaz la traverser.
• Le graphène absorbe seulement 2,3% de la lumière incidente, ce qui le rend plus transparent que toute autre matériau.
• Le graphène est un supraconducteur, même à température ambiante. Il conduit plus facilement et plus rapidement que le cuivre, et à un million de fois la densité de courant.
• Le graphène est le seul à avoir un écart d'énergie ou bande interdite égale à zéro, c'est à dire, qu’il n'y a pas d'écart d'énergie entre l'électron lié à un atome et la bande de conduction quand il commence à se déplacer ; par conséquent, il peut potentiellement faire usage des photons avec n’importe quelle énergie pour produire de l'électricité.
• Le graphène peut être modifié chimiquement de nombreuses façons, avec des propriétés les plus insoupçonnées qui restent encore à découvrir. L’oxyde de graphène est excellent pour éliminer les radionucléides dans l'eau des déchets nucléaires et l'eau contaminée.
