神奇的石墨烯：剛?cè)岵?超群拔類

　　如果你讀過很多科學(xué)和技術(shù)新聞，可能對這個說法印象深刻—石墨烯對什么都有好處。石墨烯由僅有一個原子那么薄的碳構(gòu)成，卻實實在在地擁有最高級別的電子、光學(xué)、力學(xué)性能。

　　將石墨烯應(yīng)用在計算機中的設(shè)想雖然目前還不切實際，但這種材料在柔性電子顯示屏、高能電池和其他產(chǎn)品中很可能成為關(guān)鍵組件。

　　比硅導(dǎo)電更快，但暫時難成“石墨烯半導(dǎo)體”

　　2004年，英國曼徹斯特大學(xué)研究人員安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，第一次分離出石墨烯并測試了它的電性能。他們用一種特殊膠帶一層一層地將破碎細小的石墨剝掉，直到僅剩下單個原子厚度的碳網(wǎng)格。這個成果讓二人獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

　　石墨烯很詭異。它陳列出一種被稱作“沖猾導(dǎo)”的狀態(tài)，電荷可以不受阻礙地穿越它，穿越速度比現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于集成電路中的硅材料要快得多。

　　一開始，研究人員對于石墨烯計算的可能性感到異常興奮。但是不要指望在未來你的筆記本電腦里能找到一個石墨烯處理器。石墨烯并不是半導(dǎo)體，這意味著它很難從導(dǎo)電狀態(tài)切換到絕緣狀態(tài)，如果沒有強大的切換功能，石墨烯開關(guān)就無法在數(shù)字邏輯中取代硅。

　　石墨烯的電性能可能更適合應(yīng)用于電信行業(yè)的模擬電路中。2011年IBM就證明了在電信應(yīng)用中使用超快石墨烯電路的可行性。

　　堅硬且富彈性，適用可穿戴設(shè)備和電信線路

　　石墨烯的最佳屬性當(dāng)屬機械性能，它既靈活又富有彈性。

　　2008年，美國哥倫比亞大學(xué)的研究表明，石墨烯是目前測試過的材料中最堅硬的。美國得克薩斯大學(xué)達拉斯分校的雷·鮑曼領(lǐng)導(dǎo)的研究小組一直致力于將集合了堅硬、靈活和高導(dǎo)電性于一體的石墨烯材料應(yīng)用于紡織品。石墨烯紗線可以制成人工肌肉或者與電池材料結(jié)合起來后成為可穿戴設(shè)備的電子器件。

　　2013年，石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的一個重要里程碑來了，它超越了用所謂的膠帶方法制備高質(zhì)量小薄片石墨烯的時代。得克薩斯大學(xué)羅德尼·羅奧夫帶領(lǐng)的研究團隊，在一大片區(qū)域上生成了高質(zhì)量的石墨烯，方法是在受控條件非常精細的銅片上通過一種氣相沉積法將碳沉降其上并形成石墨烯。

　　這非常重要，因為只有高質(zhì)量的石墨烯才能呈現(xiàn)出沖猾導(dǎo)的性能。2014年，三星公司證明了石墨烯也能在另一種叫做鍺材料的表面生成。

　　羅奧夫的另一些同事則致力于將石墨烯生長成能制作堅固耐用且靈活的電信線路。這些設(shè)備堅硬到足可以被一輛汽車碾過且經(jīng)受得住在水中浸泡。德吉·愛晉旺德在一篇論文中證明了這一點，他正在與康寧公司和3M公司合作，爭取實現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　與電極相“依偎”，可提升電池和觸屏性能

　　距離商業(yè)化較近的應(yīng)用是利用石墨烯的導(dǎo)電性和力學(xué)強度來生產(chǎn)電極材料。例如，它可以替代氧化銦錫，被用來生產(chǎn)透明導(dǎo)電電極，應(yīng)用于觸摸屏顯示器。2014年9月，英國劍橋石墨烯研發(fā)中心和電子公司Plastic Logic共同展示了一種用石墨烯電極制成的柔性顯示屏。

　　加入石墨烯電極能制成高能電池，能讓電動汽車行駛路程更遠，且機械穩(wěn)定性更加優(yōu)異。2011年，美國加利福尼亞大學(xué)的研究人員用石墨烯像三明治結(jié)構(gòu)那樣將電池電極夾住并穩(wěn)定下來。其中一位名為張躍剛的研究人員將其實驗室搬回中國，以希望更快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，2014年，他在中國科學(xué)院的團隊證明了石墨烯可以夾住并固定硫電極。

　　加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的研究人員正在探索新的石墨烯應(yīng)用，如石墨烯是否能被用在充電速度遠遠超過電池、蓄電能力也更加強大的新型電容器中。

　　石墨烯被發(fā)現(xiàn)距今僅11年，卻引起了一浪高過一浪的研發(fā)熱潮，這在材料科學(xué)發(fā)展歷史中比較罕見。雖然科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界就此充分展開想象力的翅膀，但麻省理工學(xué)院《科技評論》的觀點認為：“實際應(yīng)用真的來了，但速度很慢。”