浙江大學利用石墨烯制成的“碳海綿”很輕，很容易被玻璃棒上的靜電吸附。 圖/人民日報 龍 巍攝

不久前，清華大學的研究團隊發(fā)布了一項“智能石墨烯人工喉”的發(fā)明，利用多孔石墨烯材料的優(yōu)勢，制造出一種收發(fā)同體、適合穿戴的集成聲學器件，有望在未來解決聾啞人的“說話”難題。

在國際上，英國劍橋大學等機構(gòu)的研究人員則報告說，他們找到一種新方法來“喚醒”石墨烯的超導性，“被喚醒”后的石墨烯能夠用于制造超級計算機等。

石墨烯，堪稱當前最熱的全新材料。在航空領(lǐng)域，人們用“難得的元素”形容輕得像空氣、堅硬得像鋼鐵的性能完美的材料。此前，鈦合金算是最接近這一品質(zhì)的理想之選，而“后起之秀”石墨烯則被認為向人類夢想的“難得的元素”更近了一步。

什么是石墨烯

目前世界上最薄最輕最強的材料，硬度比最強的鋼鐵還要強100倍

和金剛石一樣，石墨是碳元素的一種存在形式。不同的是，由于原子結(jié)構(gòu)不同，金剛石是地球上最堅硬的東西，石墨則是最軟的礦物之一，常做成石墨棒和鉛筆芯。石墨烯就是從石墨材料中剝離出來的，只由一層碳原子在平面上構(gòu)成。

可以說，石墨烯的特點之一就是薄，堪稱目前世界上最薄的材料，只有一個原子那么厚，約0.3納米，是一張A4紙厚度的十萬分之一，頭發(fā)絲的五十萬分之一。同時，它又能導電，電子在石墨烯中的運動速度達1000千米/秒，是光速的1/300。輕薄、強韌、導電、導熱……石墨烯這些特性賦予人們很多想象空間。

中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室副主任孔月嬋博士介紹說，石墨烯的硬度非常強，比現(xiàn)在最強的鋼鐵還要強100倍；石墨烯的電子運行速度也非常高，是硅的10倍，非常適合發(fā)展下一代超高頻電子器件。此外，石墨烯還是傳導熱量的高手，比最能導熱的金屬銀還要強10倍。

石墨烯的特性，也表現(xiàn)得很“好玩”。比如當一滴水在石墨烯表面滾動時，石墨烯能敏銳地“覺察”到細微的運動，并產(chǎn)生持續(xù)的電流。這種特性給科學家們提供了一種新思路來從水的流動中獲取電能。

“石墨烯可以對單個電子進行感應，帶電粒子在石墨烯表面的移動可引起石墨烯內(nèi)電子的快速移動，實現(xiàn)傳感和發(fā)電過程。”浙江大學信息電子工程學院副教授林時勝介紹說，石墨烯的這一特性在能源與電子傳感方面可以有很多應用，比如在雨天可以用涂有石墨烯的雨傘來進行發(fā)電，或者可以做成靈敏的傳感器件等。

正是這些全面的性能，讓石墨烯受到了前所未有的關(guān)注，一些人甚至開始預言，石墨烯的出現(xiàn)將引領(lǐng)一場由材料進步而引發(fā)的工業(yè)革命。

怎樣獲取石墨烯

世界上第一次得到單層石墨烯，是靠透明膠“粘”出來的

人們第一次獲取到石墨烯，用的是“簡單粗暴”的辦法。

石墨烯本身存在于自然界。石墨烯是一層碳原子形成的薄片，原子之間形成一個六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀的平面。它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到幾十層石墨烯。此前，碳的這種二維結(jié)構(gòu)形式一直存在于人們的猜想中，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵的難題，就是怎樣讓石墨分層到極薄的薄片。

許多人在學生時代也都有這樣的經(jīng)歷，當在紙上寫錯字的時候，就會用透明膠帶，把錯字粘掉。但誰也沒有想到，就是這樣一個簡單的方法，讓人們發(fā)現(xiàn)了神秘的石墨烯。

制造石墨烯，簡單說就是要把石墨變薄，不能靠切，不能靠磨，而要靠粘。2004年，英國曼徹斯特大學的海姆和諾沃肖洛夫，用透明膠將一塊石墨片反復粘貼與撕開，石墨片的厚度逐漸減小，最終形成了厚度只有0.335納米的石墨烯，也就是只有一個原子厚度的石墨烯。這是世界上第一次得到單層的石墨烯，兩位科學家因此獲得了2010年度諾貝爾物理學獎。

中國電科55所微波毫米波單片集成和模塊電路重點實驗室高級工程師吳云博士給記者做了演示。他把一小片石墨片粘在膠帶上面，然后對它進行交疊的撕拉。粘了半個小時后，膠帶上面已經(jīng)布滿了灰色的石墨，然后再用膠帶把這些石墨轉(zhuǎn)移到了一塊干凈的硅片上。

吳云說，這時候看到的都不是石墨烯，因為石墨烯不僅非常薄，而且透光度達到97%以上，幾乎完全透明，人的肉眼是根本看不到的，要找到它，還得通過專用技術(shù)手段。但這已經(jīng)是多層的石墨片，再通過技術(shù)手段定位并確定層數(shù)，最終才能找到制作出的單層石墨烯。

專家說，這只是最初生產(chǎn)石墨烯的方法。膠帶紙粘貼法演化而來的機械剝離法，只是實驗室制備石墨烯的一種方法。目前，隨著技術(shù)進步，高質(zhì)量的石墨烯可以被更多地生產(chǎn)出來。

石墨烯將帶來什么

應用石墨烯材料，手機屏幕可以輕易彎曲甚至折疊

石墨烯的出現(xiàn)，有望給我們的生活帶來驚喜。手機充電可以“秒充”，手機屏幕可以輕易彎曲甚至折疊，汽車可以使用石墨烯導靜電輪胎，避免摩擦起電發(fā)生爆燃……從航空航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，利用石墨烯的特性，很多領(lǐng)域很可能都會發(fā)生巨大的變化。