近年來(lái)，有關(guān)石墨烯的研究報(bào)道不斷涌現(xiàn)，最新學(xué)術(shù)報(bào)道也讓人應(yīng)接不暇，而在大大小小的科技界展會(huì)上，各式各樣的石墨烯功能產(chǎn)品如雨后春筍般層出不窮。
石墨烯又名單層石墨片，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是一種sp雜化（同一原子內(nèi)由1個(gè)ns 軌道和1個(gè)np 軌道參與的雜化）連接的碳原子，緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新型納米材料，具有很多奇特的電子和機(jī)械性能，吸引了物理、化學(xué)和材料等領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。
石墨烯的研究最早始于20世紀(jì)70年代，科學(xué)家利用化學(xué)方法合成了石墨烯片，此后施密特等科學(xué)家在此技術(shù)上改進(jìn)，合成了石墨烯衍生物。
直到2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，運(yùn)用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出了石墨烯，因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從此打開(kāi)了石墨烯神話的創(chuàng)意大門(mén)。
兩位科學(xué)家首先從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開(kāi)膠帶就能把石墨片一分為二，一層又一層地撕下去，于是薄片越來(lái)越薄，最后得到了僅有一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是最早誕生的石墨烯。
由于石墨烯單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，科學(xué)家歸結(jié)于“納米尺度上的微觀扭曲”，因此被認(rèn)定為具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性。
近年來(lái)，隨著高功率與高速電子元器件的迅猛發(fā)展，對(duì)于電子元器件與裝備進(jìn)行有效熱管理，以避免器件因過(guò)熱導(dǎo)致熱失效有了迫切的需求。由于石墨烯具有高度穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)、比表面積大的吸附性能、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，因而可作為晶體管、傳感器、電極材料、儲(chǔ)蓄材料等。有研究表明，在高分子基底中引入石墨烯的立體互連結(jié)構(gòu)，能夠提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，此研究有望廣泛應(yīng)用在熱管理與電子材料領(lǐng)域；石墨烯可以兼容有機(jī)材料，與其接觸的電阻小，因而可作為很好的電極材料應(yīng)用；石墨烯因其較高的能量轉(zhuǎn)換率也可以作為太陽(yáng)能電池的受體材料，制作成石墨烯薄膜材料。
石墨烯的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)也在不斷持續(xù)升溫，和石墨烯有關(guān)的材料逐漸廣泛應(yīng)用在電池電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器等方面。研究者們致力于在不同領(lǐng)域嘗試不同方法以求制備高質(zhì)量、大面積石墨烯材料，并通過(guò)對(duì)石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應(yīng)用，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化，石墨烯有望在諸多應(yīng)用領(lǐng)域成為新一代百變的納米材料。
從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨，在我國(guó)儲(chǔ)能豐富，價(jià)格低廉。許多國(guó)家也投入到建立石墨烯相關(guān)技術(shù)研發(fā)中，嘗試使石墨烯商業(yè)化，進(jìn)而在工業(yè)、技術(shù)和電子相關(guān)領(lǐng)域獲得應(yīng)用專(zhuān)利。但石墨烯產(chǎn)業(yè)化還處于初期階段，一些應(yīng)用還不足以體現(xiàn)出石墨烯“百變理想”的性能，國(guó)內(nèi)外的科研學(xué)者正在探索其更多的可能性，未來(lái)在檢測(cè)及認(rèn)證方面也需要面對(duì)大量挑戰(zhàn)，方式方法上也需不斷提高。
石墨烯有著很多特殊且優(yōu)異的性能，幾乎有多少優(yōu)異的性能就有多少個(gè)創(chuàng)意去開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，并且可以誕生很多衍生品。如何讓石墨烯走下神壇，進(jìn)入大眾的視野，成本和技術(shù)相平衡，實(shí)現(xiàn)商品化、產(chǎn)業(yè)化將會(huì)是未來(lái)需要攻克的難題。
（作者單位：北京東方匯通教育科技有限公司創(chuàng)客教育事業(yè)部）
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