石墨烯：异军突起的新材料石墨烯（Graphene）

石墨烯（Graphene），也许你现在还对它相当陌生，但过不了多久，它就会像虚拟现实、基因编辑、人工智能一样，成为人们耳熟能详、津津乐道的热门科技话题。
作为目前人类发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被材料科学家亲切地称为“黑金” 。那么它究竟会给我们的生活带来怎样的变化呢？

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石墨烯是什么？
石墨烯的命名来自英语Graphite（石墨）和-ene（烯类结尾）的结合，天然石墨由一層层按蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而成。
石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。如果我们把石墨片剥离到只有一个碳原子厚度的单层，那它就成为了石墨烯。如果要对它下一个科学定义，那就是：
一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，一种只有一个原子层厚度的准二维材料。它是目前世界上已知的最薄、最硬的材料，其厚度只有0.335纳米，就算把20万片石墨烯薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
石墨烯是怎样被发现的？
曾经，石墨烯一度被人们认为是一种假设性结构，根本无法单独稳定存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德利·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，在实验中用“微机械剥离法”分离制备出石墨烯，才证实了它可以单独存在。
虽然这次发现意义非凡，但其采用的方法却很简单——利用透明胶带黏住高定向热解石墨，把有粘性的一面对折，再把胶带撕开，石墨薄片就会被一分为二。不断重复这个过程，石墨片就会越来越薄，最终得到只有一层碳原子厚度的二维晶体材料石墨烯。
此后，经过近5年的发展，科研人员发现了更多制备石墨烯的方法，预示着这种新材料距离进入工业化生产领域已为时不远。而海姆和诺沃肖洛夫也因为以开创性的试验方法制备出石墨烯这种新材料，获得了2010年诺贝尔物理学奖。
诺沃肖洛夫在接受诺贝尔奖基金会采访时，谈到制备石墨烯的想法，主要来自于两人在每周五晚上的一个小习惯——他们会在这段时间尝试以各种“粗暴”的、简单的实验方法解决复杂的科学问题，用“胶带撕开石墨”这个异想天开的想法由此诞生。
石墨烯有什么特性？
石墨烯的出现在科学界激起了巨大波澜，引发了人们的研究热潮。经过十多年的研发，人们逐渐认识到石墨烯所具备的独特价值。
首先，电子在石墨烯中的运动速度极快，达到光速的1/300 ，远远超过在一般导体中的运动速度，与相对论中所谓的中微子非常相似。同时，石墨烯的电阻率只有10^-6欧姆·厘米，远低于铜或银，是世界上电阻率最小、导电性最佳的物质。
其次，石墨烯比钻石还坚硬，强度是钢的100倍，是目前已知强度最高的物质。如果用石墨烯制成厚度约100纳米的薄膜，那么它将能承受大约两吨重物体的压力。
此外，石墨烯的透光性、导热性、柔韧性也非常好——透光率达到97.4% ，几乎是完全透明的；导热系数高达5300W/（m·k），是铜的10倍，铝的25倍；柔韧性优于常用的触摸屏材料氧化铟锡，不易损毁，可与单碳纳米管媲美。
石墨烯还具有高传导性、高比表面积， 3克石墨烯的比表面积相当于一个足球场，将其用于电极材料上，特殊的中孔结构可使电解液离子快速移动至石墨烯表面，利用比面积储存电荷，可在新能源领域如超级电容器、锂离子电池等方面发挥重要作用。