石墨烯它或将猛烈改变世界

铅笔，谁都用过。小时候，学写字，胖乎乎的手握着铅笔，在作业本上留下一个个歪歪扭扭的汉字。铅笔笔芯的主要成分是石墨。我们能用铅笔写出字来，就是因为石墨层间作用力弱，容易剥离下单层石墨片。所以，我们在作业本上每划一笔，就是剥离了一层或者几层石墨片。

这样的剥离存在一个很小的极限，那就是单层的剥离。也就是，形成厚度只有一个碳原子的单层石墨，这种单层石墨就是石墨烯。

近日，由石墨烯制成的“微型超级电容器”消息一出，石墨烯概念股再次得到市场追捧。

由石墨烯制成的“微型超级电容器”

不得了的石墨烯

想象一下，有那么一张网，每一个网格都是一个完美的六边形，每个网格的绳结都是一个碳原子。这张网没有厚度，只有长和宽。

这就是石墨烯的形态。

它是地球上已发现的最薄材料，一根头发丝的直径大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度，所以用肉眼是看不见石墨烯的。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。

它也是最强韧的纳米材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，可以承受一只猫的重量，而吊床本身重量不足1毫克，只相当于猫的一根胡须。

石墨烯是电阻率最小的材料，导电性是铜的一百万倍，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

矛盾的石墨烯

石墨烯也是个矛盾的东西。

石墨烯薄膜坚固易脆，但弹性极好，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。

它这么薄，薄到近乎透明，垂直入射的可见光只有很小一部分（2.3%）会被石墨烯吸收，而绝大部分的光都会透过去；它却又非常致密，即使是氦原子，最小的气体原子，也无法穿透。

它甚至违背“热胀冷缩”原理，随着温度升高而缩小。

太抽象了，还是说说到底能用石墨烯来做些什么吧。

“超级电池”，家里可制

现在的都市里，很多人患上了“手机低电量恐惧症”。

具体病症就是，手机电池发出电量过低的警告，就慌张地到处寻找插座，只有找到插座接上电源，手机电池显示出正在充电的状态，才会安心。这都是电池惹的祸。智能手机功能越来越多，人们也就越来越依赖手机，只是手机的锂电池，储电能力和充放电效率跟不上了。

美国加州大学洛杉矶分校化学、生物化学教授理查德·卡勒和他的学生马希尔·艾卡迪可能会改变这样的局面。

卡勒教授是加州纳米系统研究机构的成员，他和马希尔利用石墨烯为原材料，发明了一种名为微型石墨烯超级电容器的装置。这种装置的充放电速度，比现在常用的锂电池快100倍到1000倍，几分钟就能完成智能手机的充电。

实验结果还显示，按照这个方法用石墨烯作为两极，制成电池样品，续航能力是普通电池的数十倍。

这块厉害的电池，电极并排安装，相互交叉，就像相互交叉的手指。这样的设计，扩大了两个电极的可用表面积，减少电解液里的离子需要传播的路线。所以它具备了更强的充电能力和速度性能。别以为这种电池科技含量超高，制造起来会很难，其实，你在家里就能制造它。

只要你家有一台标准DVD刻录机和弥散在水中的氧化石墨烯。用卡勒教授的方法，30分钟，就能在一张光盘上生产超过100个这种石墨烯微型超级电容器。制造过程和刻录一般的光盘没有区别，就是使用现有的激光蚀刻技术，只不过需要在光盘表面加上一层氧化石墨烯。

想想看，自己刻录一张电池。是的，不是一块，是一张电池。

一旦这种超级电池得到大规模应用，肯定会对手机行业甚至电子产品行业产生剧烈的影响。更轻薄的手机？当然有可能。

“低科技”赢得诺贝尔奖

透明胶分离出石墨烯

70多年前，科学家们提出了石墨烯的理论后，就有大批研究人员企图用各种方法分离出石墨烯。

有人设想，利用化学方法将分子或原子嵌入石墨层内，使石墨层之间距离增加，然后分离为原子单层的石墨烯。但努力多年，进展十分有限。仅仅分离出了与湿煤灰类似的石墨粒子泥浆。

还有人想到使用简单原始的机械分离法，摩擦或刮除，慢慢除去石墨的上层表面物质，逐渐减小石墨的厚度。这种方法最后制成了透明的石墨薄片，没制成单层碳原子厚度的石墨烯。

一直没有人真正从石墨中分离出石墨烯，直到2004年。

这年，英国曼切斯特大学的俄罗斯裔科学家安德烈·海姆和他的学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用一种近乎儿戏的方式分离出这种神奇的材料。

透明胶。

是的，透明胶，就是实验工具。

分离的方法也让人目瞪口呆。他们把一块石墨薄片粘贴在透明胶上，然后用另一段透明胶粘住石墨片的另一面，再轻轻撕开两段透明胶，石墨薄片就被剥离成两片更薄的石墨片。

重复数次。

他们终于获得了单层原子厚度的石墨烯。经过处理后，从透明胶上取下石墨烯薄膜，在电子显微镜下面观察到，室温下，石墨烯的平面晶体结构能够稳定存在。

凭借这个发现，海姆和诺沃肖洛夫获得了2010年的诺贝尔物理奖。颁奖典礼上，组委会说：“这项发现可以和爱迪生发明电灯媲美。”

安德烈·海姆是个奇人，他是世界上第一个既获得了诺贝尔奖，又获得了搞笑诺贝尔奖的科学家。

2000年，他和迈克尔·贝瑞爵士使用磁性克服重力作用，使一只青蛙悬浮在半空中。这个实验证明了，虽然青蛙没有正常的磁性，但把它们放置在一个电磁场中可以实现磁性。而且这种磁性数倍强于磁共振成像（MRI）所产生的磁场。他们推测使用类似方法，可以克服重力作用，让人在半空中漂浮起来。

石墨烯的未来

一秒钟，传输10部高清电影

据海姆的观察推测，石墨烯如此神奇，是因为它的结构近乎完美，电子运动速度奇快。

它独特的电学、光学等性质决定了它有广阔的应用前景。自从安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离出石墨烯之后，科学家们掀起了石墨烯应用研究的狂潮。

今年3月5日，美国佐治亚理工学院无线宽带网络实验室的伊恩·奥凯迪斯教授发表文章，提出石墨烯无线天线的新构想。照他提出的石墨烯天线模型，短距离内无线数据传输速度达到兆兆位/秒将成为现实。

这个速度意味着，挥一下手机，一秒内，10部高清电影就传输到一米内的另一台手机中了。

石墨烯材料制成的天线，能够以太赫兹（THz）的频率正常工作，远超目前常规的百兆赫兹（MHz）、千兆赫兹（GHz）天线，目前最先进的无线设备，也无法与其匹敌。

不过这根天线要投入商用，还需解决一个问题：信号穿过障碍物时，如何使信号衰减降至最低。因此近期能被广泛应用的可能性很小。伊恩·奥凯迪斯教授正在寻找解决方案。

诺基亚手机，以后不能敲核桃了

“不务正业”的诺基亚公司，也瞄准了石墨烯。

在诺基亚研究中心的官方网站上，有这样一条消息：今年1月28日开始，欧盟将在接下来的10年间投入10亿欧元，赞助石墨烯材料的研发工作。

诺基亚就是获得这项资金捐助的公司之一。诺基亚从2006年开始，就有团队专门致力于开发石墨烯材料在手机中的应用。

诺基亚将会把石墨烯应用在哪些方面呢？

一份由诺基亚研究中心编写的石墨烯在手机中应用文档中，可以看出些玄机。

石墨烯触觉反馈设备。

当你的手机屏幕上显示出一幅丝绸的图片，你触摸屏幕时会有摸到丝绸的顺滑感觉。

可以弯曲、折叠的柔性透明手机，这个手机还不容易发热。

看来诺基亚看中的是石墨烯的柔韧性、可拉伸性以及可变形特性，也就是说，诺基亚研究石墨烯材料，不是为了让手机变得更硬，而是变得更软。

未来的诺基亚手机应该不能用来敲核桃了。

不知道它会怎样改变世界

作为一种性质独特的新兴材料，关于石墨烯应用的研究层出不穷。

根据现在的研究成果，将来的世界会这样子：

未来半导体的材料可能不再是硅，石墨烯做成的晶体管会让超高速计算机不再是理论设想；

塑料可能不再是绝缘体，在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；

汽车、飞机和宇宙飞船，外壳可能就是薄、轻、拉伸性好和超强韧石墨烯材料。

这样梦幻般的情景，离实际还有距离，甚至十分遥远。现在我们唯一知道的是，这种二维的碳，会给人类世界带来巨大改变。改变到底有多猛烈多深远，没人知道。