石墨烯的厚度僅為頭發(fā)絲的20萬(wàn)分之一，強(qiáng)度是鋼的200倍，是世界上已知的最薄、最輕、最強(qiáng)的材料。本期邀請(qǐng)?zhí)胤N科技大學(xué)王群教授為你講述——石墨烯：無(wú)限可能的神奇材料

　　近日，央視播出了國(guó)產(chǎn)石墨稀防彈裝甲板實(shí)測(cè)視頻，展示了其防御14.5口徑槍彈的能力。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，石墨烯一直被認(rèn)為是一種假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)存在。2004年，英國(guó)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，通過(guò)特殊方法從石墨中剝離石墨片，成功制備出僅由一層碳原子構(gòu)成的石墨烯片，從此世界上誕生了一種擁有“無(wú)數(shù)世界之最”的神奇材料。這一突破性成果，不僅證實(shí)了石墨烯可以單獨(dú)存在，而且破除了其無(wú)法制造的“定論”。

　　石墨烯如同是一個(gè)“多面嬌娃”，具有一般材料所不具備的眾多優(yōu)異性能，它占據(jù)著太多的世界“之最”。它的理論厚度0.34納米，僅為頭發(fā)絲的20萬(wàn)分之一，是目前世界上最薄的材料，1毫米的石墨薄片，居然能剝離出多達(dá)150萬(wàn)片石墨烯；它又是目前世界上最輕便的材料，1克石墨烯可以覆蓋一個(gè)足球場(chǎng)；它的強(qiáng)度為鋼的200倍、鉆石的數(shù)倍，如果把一片像食品保鮮膜一樣厚度的石墨烯覆蓋在一只杯子上，想用一支鉛筆戳穿它，需要一頭大象的重量壓在鉛筆上。

　　在石墨烯內(nèi)，碳原子就像細(xì)鐵絲網(wǎng)圍欄一樣排列，這種結(jié)構(gòu)也使得它十分柔韌，即便大角度彎曲也不會(huì)斷裂，因此它是最柔韌的材料。石墨烯是目前世界上已知的強(qiáng)度最高的材料，可用于超輕質(zhì)飛機(jī)、紅外導(dǎo)引頭、激光武器、光電探測(cè)裝備、超輕便防彈衣等研發(fā)應(yīng)用，在特種航天、特種能源、特種發(fā)動(dòng)機(jī)、海水淡化、裝甲防護(hù)、極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　石墨烯誕生于石墨，儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，它獨(dú)特的二維晶體結(jié)構(gòu)和諸多物理、化學(xué)、生物學(xué)等特性，使它呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

　　科研人員運(yùn)用石墨烯的超大比表面積和優(yōu)越導(dǎo)電特性，研制出多種基于石墨烯的儲(chǔ)能設(shè)備，突破了現(xiàn)有電池容量小、充電時(shí)間長(zhǎng)的瓶頸。2011年11月，美國(guó)西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種采用石墨烯和硅材質(zhì)的電動(dòng)汽車(chē)電池，充電量比以前增加了10倍，充電15分鐘可以實(shí)現(xiàn)約一周的續(xù)航能力。伴隨石墨烯衍生技術(shù)的迅猛發(fā)展，由其制造出的超高頻率晶體管以及柔性觸摸屏等產(chǎn)品廣受歡迎，前者可用于支撐起更加安全隱蔽的極高頻特種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，后者則能夠像衣服一樣柔軟地穿戴在身上。

　　石墨烯問(wèn)世以來(lái)，其理論研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)不斷取得進(jìn)展，下游應(yīng)用領(lǐng)域巨大的行業(yè)需求更為整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈提供了充足的發(fā)展空間。

　　然而，石墨烯與其它新生事物一樣，其技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化也不可能一帆風(fēng)順。受限于制備技術(shù)與工藝，那些依賴(lài)于高純度石墨烯的產(chǎn)品，可能需要幾年甚至數(shù)十年才能開(kāi)發(fā)出來(lái)。因?yàn)?，這一“神奇”材料仍有許多未能克服的技術(shù)困難，比如石墨烯的規(guī)模化制備、大尺寸石墨烯的工藝創(chuàng)新、石墨烯復(fù)合材料的加工等等。只有真正攻克這些技術(shù)難關(guān)，才能發(fā)揮出石墨烯材料的更大潛能，為世界帶來(lái)更多驚奇。