Графе́н, двумерный кристалл, состоящий из атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решётку. Графен можно рассматривать как слой графита толщиной в один атом. Термин «графен» употребляют также для описания очень тонких слоёв графита, состоящего из нескольких атомных слоёв, когда хотят подчеркнуть, что свойства такого материала существенно отличаются от свойств графита (свойства двухслойного графена отличаются как от свойств однослойного графена, так и от свойств графита).

Химическая производная оксида графена описана в 1859 г. английским химиком Б. Броди. Изолированные кристаллы оксида графена изучались с 1962 г. (немецкий химик Х. П. Бём и др.). Теоретическое описание структуры электронных зон в графене было впервые дано канадским физиком Ф. Уоллесом в 1947 г. и позднее использовано при описании электронных зон углеродных нанотрубок (свёрнутых листов графена). Графен в чистом виде впервые был получен А. Геймом и К. С. Новосёловым в 2004 г. методом микромеханического отщепления монослоёв графита от объёмного кристалла. Относительная простота этого метода позволила начать активное изучение графена, обнаружившего ряд уникальных свойств, для изучения которых в 2015 г. при университете Манчестера был создан Национальный институт графена.

Графен является полуметаллом, в котором валентная зона и зона проводимости не перекрываются между собой. Поведение электронов в графене описывается уравнением Дирака. Особый интерес представляет тот факт, что электроны в графене подчиняются линейному закону дисперсии. Это обеспечивает высокую подвижность электронов и дырок и делает графен ценным материалом для высокочастотной электроники. Графен – исключительно тугоплавкий материал (остаётся твёрдым при 3000 ºС) с высокой электропроводностью, что позволяет пропускать через него электрические токи большой плотности. Графен гибок и относительно прозрачен (монослой графена задерживает лишь 2,3 % падающего на него света), следовательно он может быть использован для создания прозрачных проводящих покрытий (например, жидкокристаллических экранов или солнечных батарей). Графен обладает рекордной продольной упругостью (модуль Юнга около 1 ТПа), сравнимой с упругостью алмаза, что даёт возможность использования графена для армирования композитных материалов (а также для повышения их электро- и теплопроводности).

Метод микромеханического отслоения позволяет получать небольшие кристаллы графена очень высокого качества; применяется в лабораториях. Разработаны также способы получения графена в промышленных масштабах. Это химическое или электрохимическое расслоение графита (создающее суспензии кристаллов графена в некоторых жидкостях), химическое восстановление оксида графена, химическое осаждение из газовой фазы на поверхность металла (позволяет получать большие площади поликристаллического графена), эпитаксиальный рост на поверхности карбида кремния и др.