Graphen wurden Mitte des ersten Jahrzehnts des 21. Jahrhunderts als Werkstoff für viele zukünftige Anwendungen entdeckt.  Ausgangsmaterial ist Kohlenstoff, der extrem dünne und leitfähige Schichten bilden kann. Diese hauchdünnen, nur eine Atomlage dicken Kohlenstoffschichten können z.B. zu Nanotransistoren geformt werden, indem man  Wasserstoffatome daran andocken lässt. Indem man diese einlagigen Kohlenstoffschichten stapelt erhält man die 3D-Struktur des Graphits.  Kohlenstoffnanoröhrchen entstehen durch Aufrollen der Kohlenstoffschichten. Fullerene entstehen durch Einfügen von 5-Ecken und nachfolgendes Packen.

Graphan 
Das neue Werkstoffmaterial Graphan entsteht, indem man  Wasserstoffatome hinzufügt und so die symmetrische Maschendraht-Struktur der Schichten aus Kohlenstoff infiltriert, da diese nur sehr widerspenstig Verbindungen eingeht. Dadurch vermindert sich die elektrische Leitfähigkeit des Materials  und man kann sie gezielt über die Menge des Wasserstoffs verändern.  Angewendet wird der neue Werkstoff vor allem in der Mikroelektronik und Nanotechnologie.

Physikalische Struktur der Graphen 
Es handelt sich im speziellen um zweidimensionale Graphen Kristalle (Hexagonale Kohlenstoffkristalle in einer sp² Hybridisierung).  Die hexagonale Honigwaben-Struktur entsteht aus einer Verschmelzung (Hybridisierung) von verschiedenen Orbitalen (2s, 2py, 2px) zu einem sp²-Hybridorbital. Diese können plane σ-Bindungen zu 3 weiteren Kohlenstoffatomen bilden.  Die eigentliche Struktur der Honigwaben ergibt sich aus dem Bindungwinkel ß (120 Grad). Die Bindungslänge beträgt 1,42 Ångström.  Das Hybridorbital ist ein Orbital, das aus einer Linearkombination der Wellenfunktionen der zugrunde liegenden Atomorbitale entsteht.  Die restlichen 2pz-Orbitale stehen in einem 90 Grad Winkel zu Graphenebene und verteilen sich von den Bindungen her auf die anderen Atome in einem delokalisierten π-Bindungssystem.  Weiterhin bestehen Graphen aus 2 gleichen Untergittern. Diesen sind die C-Atome zugeordnet.

Eigenschaften und Verwendung von Graphen 
Graphen sind sehr reissfest, vergleichbar mit Diamant.  Graphen könnten nach neuesten Forschungen als Ein-Elektron-Transistoren auf Siliciumcarbit fungieren und wegen ihrer Eigenschaften FETs (Field Effect Transistor) mit 30 GHz ermöglichen.  Das Gate-Oxid des Transistors besteht dabei aus Hafnium-Dioxid.