石墨烯：這個改變世界的材料竟然是這麼被發現的

先說說石墨烯的幾個頭銜：21世紀新的產業革命的引導者，科學家眼中的新材料之王，也被稱為「黑金」。石墨烯的發現吸引了全世界的目光，引起了眾多科學家的廣泛關注，石墨烯真的有這麼神奇嗎？

石墨烯的發現

2004年，曼徹斯特大學的兩位科學家進行了一個看似簡單的實驗，實際上被稱為改變世界的諸多實驗又多了一個，那這兩位科學家幹了什麼？他們發現了石墨烯。

話說在04年的某一天，曼徹斯特大學實驗室裡的科學家們過著和平常一樣枯燥乏味的生活，其中就有兩位科學家有個叫蓋姆一個叫諾沃塞洛夫，他們在把玩鉛筆，然後他們就起了研究石墨的念頭。我推測一下他們的想法：「鉛筆的筆尖是石墨，石墨由一層層超薄的碳片構成，那碳片由碳原子構成，碳原子……。不行得來點新鮮的，反正閒來無事，不如我們就取石墨碳片中的其中一片來玩玩」。

定下了小目標，他們就正式開始工作，用的什麼方法呢？顯微鏡？磁場？不不不，那些都不夠土，只見他們拿出一卷膠帶，貼在石墨上，然後扯下來這樣膠帶上就佔了層石墨，然後和另一面膠帶粘合再分離，再和新的一面膠帶粘合再分開，這樣重複了20來次，終於還是沒分離出來（拿普通膠帶如果真分離出碳原子厚度的碳層那才是奇蹟）。

然後他們改進了實驗材料，換了一種特殊的膠帶，然後重複之前的粘合分離，終於成功分離出了一層只有碳原子厚度的碳層，也就是石墨烯。這種新型材料該材料現在被認為是地球上最強，最輕和最導電的物質，他的發現者也在2010年獲得諾貝物理學獎。

石墨烯的性能

人們常見的石墨，由一層層蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而成。石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，因此石墨質軟。但把石墨烯分離出來後，研究人員發現，石墨烯粒子的碎裂極限非常高，它們每100納米距離上可承受的最大壓力居然達到了大約2.9微牛。可能你不明白那是什麼概念？那我們舉個宏觀的例子：如果用石墨烯製成普通厚度的包裝袋，那麼它將能承受大約兩噸重的物品。所以說，迄今為止，石墨烯是世界上已經發現的最薄和最堅硬的物質。

那石墨烯的導電性能為何也是如此優秀？因為石墨烯的結構和碳原子核外電子共享，結果每個原子還多出一個電子不能被共享，這個電子被稱為pi電子，它們能自由地四處遊蕩這就使得石墨烯的電荷阻力非常小（因為有電子富餘而且電子活動不受限）。好那我攤牌了，石墨烯是室溫下任何已知物質中最快的電導體。

石墨烯的應用

自從石墨烯的發現者獲得諾貝爾獎之後，世界各地的研究人員開始呼籲使用這種非凡的「超材料」來製造功能更強大，壽命更長的電池，更快的微晶片，柔性電路，可植入生物傳感器和更多。來看看石墨烯用在這些領域會怎麼樣。

先是電池，美國普林斯頓大學的研究人員指出，若是採用石墨烯電極，鋰電池的充電時間將能從2小時縮短到只要10分鐘，而且性能比之前的鋰電池高了20%，其他團隊已經建立了基於石墨烯的太陽能電池，將太陽光轉化為電能的效率提高了20％。

然後是晶片，如今的光子學是已經納入石墨烯的另一個領域。通過將石墨烯集成到光敏晶片中，相機和其他傳感器甚至可以極大地提高對可見光譜和不可見光譜中最微弱的光波的靈敏度。這不僅將改善照相機和望遠鏡的圖像質量，而且還將改善醫學圖像。

再就是生物傳感器，想像一下一個非常薄且靈活的晶片，可以將其注射到血液中以監控實時健康數據，例如胰島素水平或血壓。或者是石墨烯界面，它可以向大腦來回發送信號，以檢測即將發生的癲癇發作，甚至可以預防癲癇發作。細長的可伸縮傳感器也可以戴在皮膚上或編織到衣服的織物上。

然後是導電，說普通的導體我怕對不起這些年大家對於石墨烯的吹捧，我們就直接上超導。麻省理工學院的一個團隊正在研究一種雙石墨烯結構，他們發現這種結構在微調後會成為超導體，超導體是最稀有的導電材料，它完全沒有電阻且熱量為零，但超導體是在超低溫環境下才能用，然後科學家們發現石墨烯和其他超導元素結合使用的可能性，這就使「室溫下的超導體」稱為可能。

當然石墨烯也有其他的一些用途，比如它的質輕就適合製造更輕的網球拍。結構相似使石墨烯有活性炭的過濾性能，用石墨烯聚合物製成的簡單淨水過濾器可以與飲用水中的有機和無機汙染物結合，還能過濾海水中的鹽分用作農業灌溉。它的透光性可以為光學的精密儀器提高優異的材料，它導熱性好還能用於地暖行業。最主要的是它是由碳原子組成的，碳元素可是地球上排第四的元素，可以說含量是相當豐富了。

不過石墨烯也有缺點，目前還有點貴。基於這個比較現實的問題，全球也在盡力解決：歐美國家紛紛通過斥巨資和頒布法律的方式鼓勵石墨烯的研發，我國對石墨烯的研究和應用開發高度重視，於2015年提出我國石墨烯材料未來5年的發展目標。目前，我國已成為石墨烯研究和應用開發最為活躍的國家之一。