2004年，兩位俄裔英籍科學(xué)家將石墨烯成功從石墨中分離。石墨烯集合世界上最優(yōu)質(zhì)的各種材料品質(zhì)于一身。石墨烯無疑是過去十年，乃至未來幾十年，所有材料“明星”中最耀眼的一顆。如果說20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，神奇的石墨烯則是21世紀(jì)新材料的寵兒。

雖然發(fā)現(xiàn)至今尚不足十年，石墨烯卻不斷在科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界引發(fā)一輪輪波瀾。隨著人們對它的認(rèn)識逐漸明晰，其神秘面紗就像發(fā)現(xiàn)之初那樣被一層層揭開——薄且堅(jiān)硬，透光度好，導(dǎo)熱性強(qiáng)，導(dǎo)電率高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電子遷移速度快，能在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)……

從假設(shè)到現(xiàn)實(shí)

石墨烯的發(fā)現(xiàn)，之所以意義重大，是因?yàn)樗鼊?chuàng)造了諸多“紀(jì)錄”

石墨烯是構(gòu)成石墨、木炭、碳納米管和富勒烯等碳同素異形體的基本單元材料，是一種二維晶體。

石墨烯的結(jié)構(gòu)一直被認(rèn)為只存在于理論之中，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在。直至2004年，英國物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地從石墨中分離出石墨烯，才證實(shí)它可以單獨(dú)存在。

最初，科學(xué)家從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。通過反復(fù)的操作，石墨片變得越來越薄。最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。

憑借“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，這兩位科學(xué)家共同獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。

石墨烯的發(fā)現(xiàn)，之所以意義重大，是因?yàn)樗鼊?chuàng)造了諸多“紀(jì)錄”。

石墨烯是世上最薄的材料。

石墨烯只有0.34納米厚，十萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等于一根頭發(fā)絲的直徑，人們用肉眼是看不見它的。”中科院重慶研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心副主任史浩飛接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)如此描述。

石墨烯是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)。

它比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。

哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)家用金剛石制成的探針測試石墨烯的承受能力，在被實(shí)驗(yàn)的石墨烯樣品微粒開始碎裂前，它們每100納米距離上可承受的最大壓力竟然達(dá)到了2.9微牛左右。這意味著，“如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能承受大約兩噸重的物品”。

石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快。

在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，遷移速率僅為光速的三百分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其在硅、銅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體和導(dǎo)體中的速率。

“電子在石墨烯里邊好像沒有質(zhì)量一樣，運(yùn)動速度非常快。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾長淦表示，“電子能量不會被損耗的特點(diǎn)，使這種材料具有了非比尋常的優(yōu)良特性。”

它的另一特性讓材料學(xué)家更為驚喜，該材料幾乎完全透光，透光率在97%以上。

2012年，美國IBM公司成功研制出首款由石墨烯圓片制成的集成電路，使得石墨烯特殊的電學(xué)性能彰顯出應(yīng)用前景。中科院院士高鴻鈞對此表示：“石墨烯材料具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，有望被用于制造新一代高性能電子學(xué)器件。”

引導(dǎo)科技革命

在世界范圍內(nèi)，針對石墨烯研究與應(yīng)用的熱潮在持續(xù)涌動

石墨烯神秘又神奇的特殊性能讓人們對它的應(yīng)用充滿幻想。

在國內(nèi)，有關(guān)石墨烯的應(yīng)用研究開展得如火如荼。

我國在石墨烯的基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中處于世界前列，多支研究隊(duì)伍在石墨烯的性能研究與制備技術(shù)方面取得突破性成果。其中，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院的石墨烯薄膜制備技術(shù)以2.1億元人民幣的價(jià)格實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)讓，更是讓研究者與開發(fā)者蠢蠢欲動。