
近10年來,“石墨烯”成了一個熱門詞語,引發了全世界的追捧浪潮。這種聽上去平實無華的物質之所以一經發現便迅速被冠以“21世紀所發現的最神奇材料”,全賴其所具有的無與倫比的物理和化學特性——它是迄今為止所發現的最薄、最硬,也是電阻最低的一種“超級”納米材料,多領域的廣泛應用前景給石墨烯帶來巨大的市場開發價值和商業價值,應用潛力難以估量。
石墨烯的奇妙之處
眾所周知,人們常見的石墨是一層層以蜂窩狀有序排列的碳原子堆疊而形成的。但是一直以來,石墨烯卻被認為是不可能在自然界中穩定存在的。實際上,當石墨被剝離到單層、只有一個碳原子厚度時,所得到的石墨片就是石墨烯,這在下文會提到。它看上去就像是一張六邊形網格構成的平面。這種獨特的二維結構使之具有諸多優異性能。
石墨烯的奇妙之處,似乎只有用量子物理學的概念方能充分詮釋。它薄,可以薄到只有一個碳原子的厚度,一毫米厚的石墨薄片中能夠剝離出300萬層石墨烯;它硬,它比鋼要硬上百倍;它透明而不透氣,在可見光下是透明的,但不透氣,這令它非常適合被用于制作保護層和觸摸屏、光伏電池等電子產品的原料;它導熱、導電奇佳,電阻比現有的良導體銅和銀還要低許多,極其適合被用以開發更薄、速度更快的新一代電子元件。
“誤打誤撞”發現石墨烯
2004年,英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈-海姆和他的學生康斯坦丁-諾沃肖洛夫在實驗室中成功地從石墨中分離出石墨烯,從而證實它可以單獨穩定存在。師徒二人也因“關于二維石墨烯材料的開創性實驗”而一同獲得2010年的諾貝爾物理學獎。
海姆在實驗室制得石墨烯的方法說來難以置信地簡單而原始:他偶然發現,用普通透明膠帶粘住石墨薄片的兩側,然后撕開膠帶,薄片隨之一分為二,而不斷重復這一過程,就能得到越來越薄的石墨薄片,最后得到的樣品中就有由一層碳原子構成的石墨烯。海姆在總結他的實驗方法時說:“沒別的,就是誤打誤撞的亂試一氣。碰對了,就成了。”曾有報道說,海姆的“亂試”(try crazy things)在同行中是出了名的。在他身上還有一項紀錄值得一提:他是有史以來獲得“兩個諾貝爾獎項”的第一人。除了發現石墨烯這一次,另一次是因成功地利用強磁場把青蛙懸浮在空中而榮獲2000年的“搞笑諾貝爾獎”。當年他還一本正經地出席了頒獎典禮,當時可能沒人會想到,10年后他獲得了真正的諾貝爾獎。
2012年10月,諾沃肖洛夫與其他科學家在《自然》雜志上發表了題為《石墨烯路線圖》的文章,描述了石墨烯在柔性電子(包括觸摸屏、電子紙、可折疊OLED等)、光子器件、復合材料、能量存儲、傳感、生物醫學等諸多領域的應用。簡而言之,石墨烯應用大有可為。

