Графен, имеющий толщину всего нескольких атомов, к тому же, является одним из прочнейших материалов и обладает выдающимися тепло- и электропроводностью.
Согласно номенклатуре ИЮПАК, графен определяется как монослой атомов угдерода. Иногда выделяют также двух-, трехслойный и т.д. графен. Компания Vorbeck широко использует однослойный графен, но во многих технологиях применяется 16- или 30-слойный, толщиной соответственно более 5 или 10 нм. Образцы графена принято характеризовать отношением площади поверхности к массе, термической и электрической проводимостью. Идеальный однослойный графен должен иметь поверхность 2600 м2/г, в то время как у реально получаемых образцов, по данным электронной микроскопии считаемых однослойными, она составляет 1000 до 1800 м2/г. Теплопроводность монослоя составляет 4000 Вт/(м*К), что на три порядка выше, чем у графенсодержащих композитов. Если ученых больше интересуют свойства монослоя, то инженеры и технологи при разработке материалов и устройств используют многослойные образцы, «достаточно хорошие» для их применения в том или ином качестве, что вполне может составлять в отношении площади от 400 до 700 м2/г.
Наиболее востребован графен в создании электродов и композитных материалов. Сейчас, например, емкости для хранения высоколетучих топлив обычно изготавливаются из композитов на основе полимеров или резины. Введение в их состав графена на порядок увеличило бы жесткость, а также многократно увеличило бы проводимость, что позволило бы избавиться от опасности возникновения статических зарядов. Также детали из графенсодержащих композитов могут помочь защите электронных устройств от внешних полей и излучений, участвовать в передаче тока и даже в хранении информации. Vorbeck создает «чернила» на основе графена для печатных плат (в том числе гибких), используемых в разных устройствах. Графен придает «чернилам» повышенную проводимость. {Прим. ред.: многих из подобных "применений" связывают с углеродными нанотрубками, а раньше полагали, что может подойти и графит}
Графен повышает электропроводность материалов. Весьма привлекательно применение графена в электродах батарей или топливных элементов. Применение графена в энергетике - основная задача и еще одной компании, Graphene Energy Inc. По их мнению, суперконденсаторы должны занять нишу между высокоемкими, но маломощными батареями и мощными, но низкоемкими конденсаторами. Для создания суперконденсаторов требуется материал с развитой поверхностью и хорошей проводимостью, этим требованиям графен как раз и удовлетворяет. Он может позволить повысить удельную емкость существующих прототипов в 2-3 раза. Вне зависимости будет ли компания полностью сама обеспечивать себя графеном или прибегнет к услугам поставщиков, она оценивает свои потребности в тысячи, а то и десятки тысяч тон в год. Помимо специализированных инновационных компаний, разработки в области графеновых материалов привлекли уже известные химические компании, такие как Dow, 3M, BASF и DuPont. Компании разнятся по предсказываемым потребностям в многослойном графене среднего качества, идущем на вышеуказанные применения, но в любом случае это, как минимум, тонны.
Также существует рынок высокочистого, "более тонкого" графена. Здесь многократно меньшие масштабы, но и область применения пока очень далека от промышленности: в первую очередь, это фундаментальные исследования, посвященные транзисторам на основе графена. Подобные образцы намного дороже, так как получаются по технологии химического синтеза осаждением из газовой фазы (CVD), что куда более затратно, чем «вскрытие» интеркалированного графита.
Помимо электропроводящих «чернил», графита, полимеров и прочих подобных материалов, графен также соревнуется и с таким уникальным новым материалом, как углеродные нанотрубки, открытые немного ранее и уже производимые в значительных объемах. Их области применения во многом пересекаются. И графен обладает такими преимуществами, как более низкая стоимость (из-за меньшей энергоемкости и сложности производства), большая эффективная площадь поверхности (из-за недоступности внутренней стороны нанотрубки), и, наконец, относительная безопасность (он является планарной, протяженной структурой, что затруднит ему преодоление биологических барьеров).
