گرافین

200px
گرافین نام یکی از آلوتروپ‌های کربن است. این ماده تشکیل‌شده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است. یک الکترون ظرفیت باقی‌مانده نیز بر روی کل صفحه گرافین و بین تمام اتم‌ها به اشتراک گذاشته‌شده و الکترون آزاد است.
در گرافیت (یکی دیگر از آلوتروپ‌های کربن)، هر کدام از اتم‌های چهارظرفیتی کربن، با سه پیوند کووالانسی به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌اند و یک شبکه گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر روی لایه‌ای کاملا مشابه قرار گرفته‌است و به این ترتیب، چهارمین الکترون ظرفیت نیز یک پیوند شیمیایی داده‌است، اما این پیوند این الکترون چهارم، از نوع پیوند واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌های گرافیت به راحتی بر روی هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوک مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌های گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترون پیوندی کربن، به عنوان الکترون آزاد باقی‌مانده‌است.
هر چند نخستین بار در سال ۱۹۴۷ فیلیپ والاس درباره گرافین نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفته بود اما قضیه‌ای به نام قضیه مرمین-واگنر در مکانیک آماری و نظریه میدان‌های کوانتومی وجود داشت که ساخت یک ماده دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار می‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گایم و کنستانتین نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت این ماده شده و نشان دادند که قضیه مرمین-واگنر نمی‌تواند کاملا درست باشد. جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۰ نیز به خاطر ساخت ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت.
معرفی
گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می‌باشد. گرافین به علت داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک‌پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده‌است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق‌العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده‌است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده‌است. طول پیوند کربن  کربن در گرافین در حدود ۰٫۱۴۲ نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافین است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که برهم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله بین صفحه‌ای ۰٫۳۳۵ نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود نانو لوله کربنی شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود فلورین شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد. لایه‌های گرافینی از ۵ تا ۱۰ لایه را به نام گرافین کم لایه و بین ۲۰ تا ۳۰ لایه را به نام گرافین چند لایه، گرافین ضخیم یا نانو بلورهای نازک گرافیتی، می‌نامند.
از نظر مکانیکی، مقاومت کششی نهایی گرافین برابر ۱۳۰ گیگاپاسکال (در مقایسه با مثلا ۴۰۰مگاپاسکال فولاد) است. از نظر الکتریکی، گرافین خالص تک لایه ازخود خواص شبه فلزی نشان می‌دهد. درگرافین طیف حامل‌ها شبیه به طیف فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌باشد و به علاوه کوانتش ترازهای لاندائو، اثر کوانتومی هال صحیح و کسری، در این سامانه باعث شده‌است که توجه بسیاری از فیزیکدان‌ها از حوزه‌های مختلف فیزیک به آن جلب شود. علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافین بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافین موجود در سامانه مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافین تک لایه تقریبا برابر با ۹۷ درصد و مقاومت صفحه آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافین‌های دو، سه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحه به ترتیب ۱، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهنده آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافین گذردهی نوری سامانه کم می‌شود. از سوی دیگر چگالی حامل بار در گرافین از مر تبه ۱۰ ۱۳ بر سانتی‌متر مربع با تحرک‌پذیری تقریبا 15000 cm ۲ /V.s و با مقاومتی از مرتبه ۶- ۱۰ اهم-سانتی‌متراست که به نحو مطلوبی قابل مقایسه با ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) می‌باشد. خواص منحصربفرد گرافین آن را کاندیدهای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع‌کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف، و حسگرها قرار داده است. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافین، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع‌کننده نور (OLED) معرفی می‌کند. بکارگیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافینی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست.
روش‌های ساخت گرافین
تکه‌ای گرافیت، یک ترانزیستور گرافینی و یک پایه چسب اهدا شده به موزه نوبل توسط آندره گایم و کنستانتین نووسلف پس از دریافت جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۰. آن‌ها در سال ۲۰۰۴ از این ابزار برای تولید یک تک‌لایه گرافین برای نخستین بار، به روش لایه‌برداری مکانیکی (exfolitation) گرافیت استفاده کردند.
امروزه روش‌های بسیار متنوعی برای ساخت گرافین بکار برده می‌شود که از متداول‌ترین آن‌ها می‌توان به روش‌های لایه برداری مکانیکی، لایه برداری شیمیایی، سنتزشیمیایی و رسوب بخار شیمیایی (CVD) را نام برد. برخی روش‌های دیگری همانند شکافتن نانو لوله‌های کربنی و ساخت باامواج ماکرویو نیز اخیرا بکاربرده شده‌اند. یک نمای کلی از روش‌های ساخت گرافین در زیر آمده‌است:
روش‌های ساخت گرافین
از پایین به بالا
رشد برآیایی
شکافت گرمایی
CVD.
پلاسما
گرمایی
از بالا به پایین
لایه برداری مکانیکی
چسب نواری
Atomic Force Microscopy Tips
لایه برداری شیمیایی
سیالات فوق بحرانی
سنتز شیمیایی
با امواج فرا صوتی
روش شیمیایی
نمک مذاب
در سال ۱۹۷۵گروه Lang برای اولین بار گرافیت کم لایه بر روی سطح بلور پلاتین را با استفاده از روش CVD تولید کردند. در سال ۱۹۹۹ گروه Lu با استفاده از AFM، لایه برداری مکانیکی را بر روی یک گرافیت پیرولیتی به منظور تهیه گرافین تک لایه انجام دادند. با این وجود، گرافین تک لایه برای اولین بار در سال۲۰۰۴ توسط گروه Novoselov تولید و گزارش شد. آن‌ها از چسب نواری برای جدا کردن لایه‌های گرافین از سطح زیرلایه استفاده کردند. این روش توانایی و قابلیت تولید لایه‌های متنوع گرافین را دارد و علاوه بر آن، آسان نیز است. روش لایه برداری مکانیکی توسط قابلیت تولید لایه‌های گرافیتی کم لایه و چند لایه را دارد اما ضخامت گرافیت بدست آمده توسط این روش برابر با ۱۰ نانو متر است که تقریبا برابر با ۳۰ لایه گرافین تک لایه است. در روش لایه برداری شمیایی فلزات قلیایی بین صفحات گرافیت پراکنده شده در محلول، قرار می‌گیرند. به‌طور مشابه روش سنتز شیمیایی شامل اکسید گرافیت پراکنده در محلول ناشی شده از کاهش هیدروزین است. همانند تولید نانو لوله‌های‌کربنی توسط روش CTCVD، تولید گرافین توسط این روش یکی از بهترین روش‌ها برای تولید گرافین در ابعاد بزرگ است. در این روش کربنی که بوسیله گرما جدا شده بر روی سطح یک فلز فعال قرار می‌گیرد و در دمای بالا و تحت فشار اتمسفر یا فشار کم، یک شبکه لانه زنبوری تشکیل می‌دهد. از آنجایی که این روش CVD در یک کوره گرمایی انجام می‌گیرد آن را روش CVD گرمایی می‌نامند. هنگامی که روش شامل رشد به کمک پلاسما باشد، روش CVD پلاسمای غنی شده نامیده می‌شود. هریک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند، به عنوان مثال روش لایه برداری مکانیکی توانایی و قابلیت ساخت گرافین یک لایه تا چند لایه را دارد اما همانندی نمونه‌های بدست آمده بسیار پایین است، همچنین ساخت گرافین در ابعاد بزرگ یکی از چالش‌های پیش روی این روش است. برای تهیه گرافین تک لایه و چند لایه می‌توان از روش چسب نواری استفاده کرد اما تحقیقات گسترده بیشتری برای توسعه این روش جهت استفاده در قطعه‌های الکترواپتیکی لازم است. روش‌های سنتز شیمیایی از روش‌های دمای پایین هستندکه این ویژگی موجب می‌شود ساخت گرافین بر روی انواع زیر لایه‌های با دمای محیط، به ویژه زیرلایه‌های پلیمری آسان‌تر شود، با این حال، همگنی و یکسانی گرافین تولید شده در ابعاد بزرگ، حاصل از این روش مطلوب نیست. از سوی دیگر ساخت گرافین از اکسیدهای گرافین کاهش یافته اغلب به علت نقص در فرایند کاهش موجب ناکاملی درخواص الکترونی گرافین می‌شود. برآرایی گرافین وگرافیت‌سازی گرمایی بر روی سطح کربید سیلسیوم از دیگر روش‌های تولید گرافین هستند اما دمای بالای این فرایندها و عدم توانایی انتقال بر روی سایر زیر لایه‌ها از محدودیت‌های این روش‌ها هستند.
محققان در دانشگاه کمبریج روشی را برای تولید گرافین با کیفیت بالا در نمک مذاب ابداع کرده‌اند. این روش که مبتنی بر تفوذدهی هیدروژن از نمک مذاب لیتیم کلرید به گرافیت می‌باشد، قابلیت تولید گرافین در مقیاس صنعتی را دارد. روش مذکور بوسیله شرکت سرمایه‌گذاری کمبریج در حال تجاری شدن است.
خواص
ساختار اتمی
ساختار اتمی تک لایه مجزای گرافین به روش میکروسکوپی عبوردهی الکترونی (Transmission Electron Microscopy) بر روی ورقه‌هایی از گرافین که در بین دو شبکه آهنی نگه داشته شده‌اند، مطالعه شده‌است. طرح‌های پراش الکترونی ساختار شش ضلعی گرافین را نشان داده‌اند. علاوه بر این، گرافین از خود اعوجاج‌هایی را بر روی این ورقه‌های تخت نشان داده‌اند، با دامنه‌ای در حدود یک نانومتر. این اعوجاج‌ها ممکن است خصلت ذاتی‌ای برای گرافین به خاطر ناپایداری کریستال‌های دو بعدی باشد، یا حتی ممکن است در اثر عوامل خارجی‌ای ناشی از ناخالصی‌هایی که در سرتاسر گرافین وجود دارند و کاملا به توسط تصاویر TEM تهیه شده از گرافین مشاهده شده‌اند، به وجود آمده باشند. تصاویر فضای حقیقی با دقت اتمی گرفته شده از تک لایه مجزای گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایه SiO ۲ به وسیله روش میکروسکوپی تونل زنی اسکن‌کننده (Scanning Tunneling Microscopy) تهیه شده‌اند. این تصاویر نشان دادند که اعوجاج‌های تک لایه گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایه SiO ۲ به خاطر ترکیب و تطبیق یافتن تک لایه گرافین با زیر لایه SiO ۲ ایجاد شده‌اند و یک خصلت ذاتی برای آن نمی‌باشند.
انرژی الکترون‌ها با عدد موج k در گرافین، محاسبه شده به وسیله تقریب تنگ بست (چپ
خواص الکترونیکی
گرافین با سایر مواد متداول سه بعدی متفاوت است. گرافین طبیعی یک نیمه فلز یا یک نیمه رسانا با گاف نواری صفر است. درک ساختار الکترونیکی گرافین اولین قدم برای یافتن ساختار نواری گرافیت است. اولین بار خیلی قبل‌تر در سال 1947 P. R. Wallace متوجه خطی بودن رابطه E-k (انرژی و عدد موج کریستال) در نزدیکی شش گوشه منظقه بریلوئن شش ضلعی دوبعدی گرافین برای انرژی‌های پایین  که منجر به جرم موثر صفر برای الکترون‌ها و حفره‌ها می‌شود  شد. به خاطر این رابطه پاشندگی خطی در انرژی‌های پایین، الکترون‌ها و حفره‌ها در نزدیکی این شش نقطه، که دو تا از آن‌ها غیر یکسان هستند، همانند ذرات نسبیتی‌ای که با معادله دیراک برای ذرات با اسپین نیم صحیح توصیف می‌شوند، رفتار می‌کنند. به همین خاطر به به این الکترون‌ها و حفره‌ها فرمیون‌های دیراک و به آن شش نقطه، نقاط دیراک گفته می‌شود. معادله‌ای بیان گر رابطه E-k، می‌باشد که در آن سرعت فرمی vF ~ 10 ۶ m/s است.
200px
ساختار نواری انرژی گرافین در جهت‌گیری صندلی دسته دار. محاسبات نشان می‌دهد که گرافین در این جهت‌گیری بسته به عرض لایه می‌تواند فلز یا نیمه رسانا باشد (چپ
ترابرد الکترونی
نتایج تجربی از اندازه‌گیری‌های ترابرد الکترونی نشان می‌دهند که گرافین دارای تحرک‌پذیری الکترونی بسیار بالایی در دمای اتاق می‌باشد، با مقادیر گزارش شده‌ای بالاتر از 15,000 cm ۲ V −۱ s −۱ . همچنین تقارن اندازه‌گیری‌های تجربی رسانندگی نشان می‌دهد که تحرک‌پذیری برای الکترون‌ها و حفره‌ها باید یکسان باشد. در بازه دمایی بین 10k تا 100k، تحرک‌پذیری تقریبا به دما وابسته نیست، که بیان‌کننده این امر است که مکانیزم غالب پراکندگی، پراکندگی ناقص است. پراکندگی به توسط فونون‌های آکوستیک گرافین موجب یک محدودیت ذاتی بر تحرک‌پذیری در دمای اتاق در حد 200,000 cm ۲ V −۱ s −۱ برای چگالی حامل ۱۰ ۱۲ cm −۲ می‌شود. مقاومت متناظر ورقه‌های گرافین در حد ۶- 10 •cm خواهد بود. این مقاومت از مقاومت نقره، ماده شناخته شده به عنوان دارنده کمترین مقاومت در دمای اتاق، کمتر است. گرچند برای گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایه SiO ۲ ، پراکندگی ناشی از فونون‌های اپتیکی زیر لایه در دمای اتاق اثر بزرگ‌تری است از اثر پراکندگی ناشی از فونون‌های خود گرافین. این امر تحرک‌پذیری را به میزان 40,000 cm ۲ V −۱ s −۱ محدود می‌کند.
خواص اپتیکی
خواص اپتیکی منحصر به فرد گرافین، موجب بروز یک شفافیت بالای غیرمنتظره برای یک تک لایه اتمی با یک مقدار ساده شگفت‌انگیز شده است، یک تک لایه گرافین  ≈ ۲٫۳٪ از نور سفید فرودی بر روی خود را جذب می‌کند که در آن  ثابت ساختار ریز شبکه می‌باشد. این امر نتیجه ساختار الکترونیکی کم انرژی غیرمعمول گرافین تک لایه است که طرحی به ساختار نوار انرژی الکترونی  حفره‌ای گرافین می‌دهد تا آن‌ها در نقاط دیراک به هم برسند، که به‌طور کیفی از سایر نوارهای انرژی فشرده مرتبه دو معمول متفاوت است. بر مبنای مدل از ساختار نواری گرافین، فواصل بین اتمی، مقادیر پرش، و فرکانس به هنگام محاسبه رسانندگی اپتیکی با استفاده از معادلات فرنل در حد لایه‌های نازک از بین می‌رود. این امر به صورت تجربی تایید شده ولی هنوز مقادیر اندازه‌گیری شده به اندازه کافی برای محاسبه ثابت ساختار ریز دقیق نبوده است.
می‌توان گاف نوار انرژی گرافین را از ۰ تا 0.25 eV (در حدود طول موج پنج میکرومتر) به وسیله اعمال ولتاژ در دمای اتاق به یک ترانزیستور اثر میدان دو دروازه‌ای ساخته شده از یک گرافین دو لایه‌ای، تنظیم نمود. همچنین نشان داده شده‌است که پاسخ اپتیکی نانو نوارهای گرافینی نیز در ناحیه تراهرتز به وسیله اعمال یک میدان مغناطیسی قابل تنظیم است. علاوه بر این نشان داده شده‌است که سیستم‌های گرافین  گرافین اکسید از خود رفتار الکتروکرومیک بروز می‌دهند، که اجازه می‌دهند هم خواص اپتیکی خطی و هم خواص اپتیکی فوق سریع را تنظیم کرد.
بزرگترین گرافین ساخته شده
مشخص است که گرافین تنها به نانو مربوط نمی‌شود، همچنین نباید این دو واژه را طوری به کار برد که گویی مثابه هم می‌باشند. تاکنون گرافین به صورت دو بعدی با طول ۱۰۰ متر و عرض ۲۳ سانتیمتر توسط شرکت sony ساخته شده‌است. همچنین ورق‌های گرافین بااندازه کمتر از ۲۰ نانومتر از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند، چون حداقل پایداری گرافین هنگامی است که تعداد اتم‌ها بیشتر از ۶۰۰۰ اتم باشد؛ و ۲۴۰۰۰ اتم لازم است تا فلورن پایدار شود. این مبحث در دینامیک مولکولی سیستم‌ها بسیار مهم است، چون نتایج گرفته شده در کمتر از ۲۰ نانو متر می‌تواند درست نباشد.
محدودیت‌های گرافین
ضخامت گرافین یک لایه اتم کربن است که دارای پتانسیل بالقوه‌ای برای جایگزینی با سیلیکون می‌باشد که پیشرفت جامعه آینده به آن مدیون خواهد بود. باوجود اینکه دارای مشخصات بالقوه‌ای همچون قدرت و وزن سبک و انعطاف‌پذیری و هدایت بالایی هستند اما محدودیت‌های این ماده به نوعی مانع استفاده آن‌ها در میکروپردازنده‌ها و وسایل الکترونیکی می‌باشد.
اینکه گرافین چگونه در دستگاه‌هایی در جهان واقعی به کار رود و دوم اینکه ورق‌های گرافین ماهیت شکننده‌ای دارند که این ناشی از اتصالات ضعیف آن‌ها می‌باشد. اگر هدایت حرارتی گرافین را به عنوان فاکتور مثبتی برای این ماده در نظر بگیریم، نباید از این نکته غافل شویم که هدایت حرارتی گرافین معلق بسیار بیشتر از گرافین بر روی بستر است، حال آنکه همین هدایت حرارتی باعث می‌شود که حرارت توزیع شده و یک نقطه داغ بوجود نیاید؛ و افسوس اینکه گرافین در جهان واقعی باید بر روی یک بستر قرار بگیرد ونه اینکه آزادانه و معلق در خلا باشد. یعنی وقتی وسیله‌ای ساخته می‌شود حتما باید بر روی بستر قرار گیرد اما این منجر به کاهش شدید هدایت حرارتی گرافین می‌شود. همچنین هدایت حرارتی با رشد تعداد لایه‌های گرافینی و رسیدن به ۳۴ لایه افزایش می‌یابد (که ضخامت بسیار کمی است) اما پس از اینکه به حالتی به نام توده گرافیت می‌رسیم، هدایت حرارتی خوب نیست. تلاش‌های بسیاری صورت گرفته‌است تا راه‌های جدیدی کشف شود تا بتوان گرافین را در جهان ماکروسکوپیک به کار برد. اتصالات سه بعدی ساختار فوم گرافین و گرافیت فوق‌العاده نازک یا استفاده از بورون نیترید هگزاگونال همه در این راستا کشف شدند. ژرمانن دیگر ماده سه بعدی است که برای استفاده در الکترونیک یا وسایل تبدیل انرژی حرارتی می‌تواند به کار رود.
به منظور درک فیزیک، نیاز به تئوری است یعنی اگر فقط آزمایش کنید شما روند را می‌بینید اما معنای نتایج را درک نمی‌کنید؛ بنابراین تئوری و آزمایش دو جزء جدایی ناپذیرند.
گرافین همچنین دارای محدودیت‌های دیگری در جهان واقعی می‌باشد، می‌دانیم پیوندهای بین اتم‌های کربن قوی‌ترین پیوندها در طبیعت می‌باشد، پس ورق بدون نقصی از گرافین باید دارای این خاصیت باشد، اما در کاربردهای واقعی، گرافین این‌طور نیست. آزمایشی که بر روی تافنس شکست گرافین دارای نقص جزئی صورت گرفت مقدار استحکام آن به‌طور قابل ملاحظه‌ای از استحکام گرافین ذاتی پایین‌تر بود؛ لذا درست است که استحکام گرافین ذاتی بسیار بالاست، اما وقتی گرافین دارای نقص باشد، دیگر پیوندهای بین اتم‌های کربن، قوی‌ترین نمی‌باشد. می‌دانیم در ورق‌های بزرگتر، همیشه نقص‌ها افزایش می‌یابد پس گرافین در جهان ماکرو استحکام بسیار پایینی خواهد داشت؛ لذا تولید ورق گرافین با استانداردهای دقیق و بدون نقص بسیار اهمیت دارد.
ساختارهای دوبعدی دیگری همچون گرافین (ساختار لانه زنبوری SP2) وجود دارد که از آن جمله می‌توان به ۱- سیلیسین ۲- بروفن ۳- فسفورن ۴- استنن ۵- ژرمانن ۶- گرافین (محتوی SP+SP2 هیبریدیزه شده) اشاره کرد. اما این ساختارهای دو بعدی همه به جز گرافین ناپایدارند یا پتنت ثبت شده برای آن‌ها بسیار کم است طوری‌که اعتمادی به این ساختارها وجود ندارد.
با توجه به اینکه از اولین ترانزیستورهای با گیت بالا چیزی نگذشته‌است. با توجه به این زمان کوتاه و اینکه همه جانشینان احتمالی با جریان اصلی در ترانزیستورهای معمولی با مشکلات جدی روبه رو هستند، لذا می‌شود به توسعه سریع گرافین کمک کرد. مفاهیم جدیدی که در این سال‌ها بررسی شده، همچون ترانزیستورهای اسپینی یا وسایل مولکولی، به نظر می‌رسد که به دور از واقعیت نسبت به گرافین باشد و معلوم نیست که به مرحله تولید برسند. در حال حاضر جایگزین ترانزیستورهای معمولی (سیلیکونی) غیرممکن است. با این حال تحقیقات ITRS به شدت به مطالعه گسترده در زمینه گرافین توصیه می‌کند و حتی برنامه تحقیق و توسعه برای نانوالکترونیک بر پایه کربن شکل گرفته‌است؛ لذا راه برای اینکه گرافین به عنوان جایگزین قرار گیرد باز است. امابرای هیجان زده شدن در این مورد زمان زیادی لازم است.
گرافن و کنترل تبخیر آب
یک پوشش گرافنی، قادر به کنترل تبخیر آب از طریق توقف میزان تبخیر روی سطوح آب دوست یا هیدورفیلیک (hydrophilic) و سرعت بخشیدن به تبخیر روی سطوح آب گریز یا هیدروفوبیک (hydrophobic) است. تبخیر قطره آب، پدیده پیچیده‌ای بوده و نقش مهمی در طبیعت و صنعت ایفا می‌کند. درک مکانیسم تبخیر در مقیاس اتمی و کنترل میزان تبخیر، برای کاربردهایی از جمله انتقال حرارت و کنترل دمای بدن بسیار حائز اهمیت است. زمانی که یک سطح آب دوست با گرافن پوشش داده می‌شود، خط تماس قطره آب، به دلیل تنظیم و اصلاح زاویه‌های خیس شدن، به طور چشمگیری کوتاه یا کشیده می‌شود؛ این مساله منجر به تغییر در میزان تبخیر می‌شود. مولکول آب، قبل از تبخیر، یک وضعیت پیشرو (و جدید) در خط تماس ایجاد می‌کند. تجزیه و تحلیل‌های بیشتر نشان داد که چگالی آب در حالت‌های گذار (transition states) در خط تماس بسیار زیاد است.