手機充電只需幾秒鐘?史上最薄電燈泡?光驅動飛行器?關于石墨烯" title="石墨烯" target="_blank">石墨烯非凡應用的新聞不斷出現在人們的視野當中，似乎石墨烯已經成為了無所不能的超級材料。石墨烯是什么?到底有什么特性讓它備受推崇?本期解密：生而不凡——新材料之王石墨烯。

　　                                     石墨烯

　　石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈?蓋姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　                                     石墨烯

　　實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

　　                                        石墨烯

　　石墨烯的誕生倒是一件趣事。當時蓋姆把一大塊兒高定向熱解石墨和一臺高級拋光機交給了一位新來的中國博士生，希望他做出盡可能薄的膜。三個星期后博士生給了蓋姆一個10微米厚的培養(yǎng)皿。蓋姆生氣地問他能不能磨得更薄?博士生說：“那你就自己試試吧?！?/p>

　　                                    石墨烯

　　蓋姆只得自己做了，不過他采用了一種非?！巴痢钡姆椒āＫ猛该髂z帶在石墨上粘一下就會有石墨層被粘在膠帶上，把膠帶對折后粘一下再拉開，兩端就都沾有石墨層，石墨層又變薄了。如此反復多次，終于薄到只有一個碳原子的厚度時，石墨烯就制成了。

　　                                         石墨烯

　　在發(fā)現石墨烯以前，大多數物理學家認為，熱力學漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現立即震撼了凝聚體物理學學術界。雖然理論和實驗界都認為完美的二維結構無法在非絕對零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實驗中被制備出來。

在隨后三年內， 安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現了整數量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應，他們也因此獲得2010年度物理學諾貝爾獎。

　　石墨烯對物理學基礎研究有著特殊意義，它使一些此前只能紙上談兵的量子效應可以通過實驗來驗證，例如電子無視障礙、實現幽靈一般的穿越。但更令人感興趣的，是它那許多“極端”性質的物理性質。

     作為目前發(fā)現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀。”

   石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只貓的重量。

    難以想象的是，石墨本身幾乎是最軟的礦物質(莫氏硬度只有1~2級)，“切”成一個碳原子厚度的薄片時，“性格”會發(fā)生如此之大的變化，石墨烯的硬度比莫氏硬度10級的金剛石還要高，但卻又有很好的韌性，可以彎曲。

    因為只有一層原子，電子的運動被限制在一個平面上，石墨烯也有著全新的電學屬性。石墨烯是世界上導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。