手机充电只需几秒钟?史上最薄电灯泡?光驱动飞行器?关于石墨烯" title="石墨烯" target="_blank">石墨烯非凡应用的新闻不断出现在人们的视野当中，似乎石墨烯已经成为了无所不能的超级材料。石墨烯是什么?到底有什么特性让它备受推崇?本期解密：生而不凡——新材料之王石墨烯。

　　                                     石墨烯

　　石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈?盖姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

　　                                     石墨烯

　　实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

　　                                        石墨烯

　　石墨烯的诞生倒是一件趣事。当时盖姆把一大块儿高定向热解石墨和一台高级抛光机交给了一位新来的中国博士生，希望他做出尽可能薄的膜。三个星期后博士生给了盖姆一个10微米厚的培养皿。盖姆生气地问他能不能磨得更薄?博士生说：“那你就自己试试吧。”

　　                                    石墨烯

　　盖姆只得自己做了，不过他采用了一种非常“土”的方法。他用透明胶带在石墨上粘一下就会有石墨层被粘在胶带上，把胶带对折后粘一下再拉开，两端就都沾有石墨层，石墨层又变薄了。如此反复多次，终于薄到只有一个碳原子的厚度时，石墨烯就制成了。

　　                                         石墨烯

　　在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。

在随后三年内， 安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度物理学诺贝尔奖。

　　石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多“极端”性质的物理性质。

     作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪。”

   石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只猫的重量。

    难以想象的是，石墨本身几乎是最软的矿物质(莫氏硬度只有1~2级)，“切”成一个碳原子厚度的薄片时，“性格”会发生如此之大的变化，石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高，但却又有很好的韧性，可以弯曲。

    因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，石墨烯也有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。