[科普中國(guó)]-開(kāi)啟未來(lái)的“黑金鑰匙”——石墨烯

從制作鉛筆芯的主要材料石墨中，能剝離出只有一層原子厚度的石墨烯。這是被譽(yù)為“黑金”的新材料，最薄卻最堅(jiān)硬，可制作復(fù)合材料和涂層，主要應(yīng)用在汽車(chē)、建筑、電池、航空等領(lǐng)域。

2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地從石墨中剝離出只有一個(gè)原子厚度的二維材料石墨烯，證實(shí)了它可以單獨(dú)存在，而兩人也因“在二維石墨烯材料的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

主要從事碳基納米結(jié)構(gòu)的可控制備與加工、物性調(diào)控與功能電子器件方面研究的中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員張廣宇說(shuō)，“機(jī)械剝離法是制備石墨烯的主要方法之一，這種方法原理十分簡(jiǎn)單，就是一層一層地解理，最后剩下一個(gè)單層，就得到了石墨烯。”

科學(xué)家們近十年來(lái)對(duì)石墨烯不斷地進(jìn)行研究，挖掘出了石墨烯的很多特性。張廣宇介紹，從物理尺度上講，石墨烯是一個(gè)二維材料，它具有超薄的特性，只有一個(gè)原子那么厚，透光率高達(dá)約97.7%，是世界上最堅(jiān)硬且最薄的納米材料。

另外石墨烯不但機(jī)械強(qiáng)度好，它的導(dǎo)電性能也很出眾，其導(dǎo)電性比銀和銅還要強(qiáng)。近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院科學(xué)家帕博羅·加力羅-埃雷拉及其同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩層石墨烯以一個(gè)“神奇角度”纏扭在一起時(shí)，它們表現(xiàn)出非常規(guī)超導(dǎo)電性。也就是說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)在兩層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了新的電子態(tài)，可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)絕緣體到超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，而其屬性與銅氧化物（其結(jié)構(gòu)往往難以調(diào)整）的高溫超導(dǎo)類(lèi)似。

基于石墨烯極其優(yōu)異的物理特性，人們對(duì)它的應(yīng)用寄予厚望。近十年的研究表明，石墨烯在基礎(chǔ)研究、高頻電子器件、柔性顯示、電化學(xué)生物傳感器、新能源電池、超級(jí)電容、導(dǎo)熱材料、航空航天等領(lǐng)域有著非凡的應(yīng)用潛力，被譽(yù)為“黑金”和“新材料之王”。我們相信，與石墨烯有關(guān)的新技術(shù)、新發(fā)明會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)走進(jìn)人們的日常生活，給人類(lèi)帶來(lái)巨大福音。

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