關于石墨烯，你所不知的那些事

奧秘

1.石墨烯，作為目前地球上已知的最薄，強度、導電導熱性能最強的新型納米材料，又被稱為“黑金”，是有“新材料之王”之稱的奇跡材料，可以用于太空旅行，甚至染發(fā)。石墨烯是單層石墨，原子排列呈蜂巢晶格狀六邊形。

2.石墨烯具有極大的靈活性和強度，并且因為它是二維的，所以電流可以快速通過，是已知導電性能最強材料之一。石墨烯也可以作為超導體，這意味著電流能夠以零電阻通過。這是英國劍橋大學研究人員的發(fā)現，通過將石墨烯與被稱為鐠鈰氧化銅的材料偶聯來激活該效果。

3.為什么超導材料很重要？因為將來它們可以提供無限的能量，因為它們并不總是需要補給電流的。研究人員說：“超導領域的夢想是讓你的電腦或手機持續(xù)工作而不消耗能量。你只需要充一次電，就可以忘記充電這件事，因為在整個生命周期內設備將不需要再次充電。”

4.2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出了石墨烯，證明石墨烯可以單獨存在。僅僅6年之后（2010年），倆人因此成就獲得了2010年諾貝爾物理學獎。同樣在這短短的時間內，世界各地的研究人員發(fā)表了5000多篇相關的論文。

5.實際上，石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。毫無疑問，你或者你的孩子已經用石墨烯寫過很多文字了。石墨烯一層層疊起來就是石墨，1毫米厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

6.石墨烯還有什么其他的用途呢？過濾水。2018年1月，研究人員利用碳晶格創(chuàng)造了一種廉價有效的太陽能凈水器和海水淡化器，可將海水和污水轉化為飲用水。

7.比鉆石強度大的防彈衣，可能只有一個原子厚。石墨烯是已知宇宙中強度最高的材料之一，強度是鋼的100倍。佐治亞理工學院的研究人員最近發(fā)現，兩層外延石墨烯薄膜（只有兩層原子石墨層）可以承受鉆石尖端的穿孔。它有望發(fā)展成為超薄的防彈衣。

8.2016年，在歐洲影響最大的科學節(jié)日——城市科學節(jié)期間，英國汽車公司Briggs發(fā)布了首臺車身采用石墨烯材料制成的汽車，名為BAC Mono。外觀上，BAC Mono看起來像是一臺方程式賽車，只有一個不帶風擋的座位。石墨烯材料的應用使得車身重量減少了20%，強度卻是傳統鋼材的200倍。石墨稀未來將成為制造汽車的理想材料。

9.未來涂漆：試想一下，如果能夠在建筑物表面涂一層特殊的涂層，當它感覺到建筑物的底層結構需要修理時就會改變顏色，那該多便捷。這一設想已由德國萊布尼茨聚合物研究所的研究人員用智能石墨烯涂層實現，該涂層通過改變顏色來指示斷裂。石墨烯薄片以一定的角度放置在建筑物表面，如果建筑物受損，它們會反射紅光、黃光和綠光。

10.革命性的揚聲器：為了產生聲音，普通揚聲器通過來回移動（或震動）而在空氣中產生壓力波。石墨烯最終可能會提供一種不同的方法，從而取代現有的笨重音響系統。來自英國埃克塞特大學的研究人員，已經展示了如何用石墨烯制造一種非移動的固態(tài)音頻設備。他們使用的方法是，讓石墨烯以非常高的速度周期性地改變空氣的溫度，從而產生可聽頻率的聲音或者更高的超聲頻率聲音。

11.智能健康監(jiān)控：伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員發(fā)現，石墨稀可以幫助檢測癌細胞。在實驗中，他們將從小鼠身上取出的腦細胞放到石墨烯片上，發(fā)現它能夠區(qū)分單個癌細胞（成膠質細胞瘤或GMB細胞）和正常細胞。得克薩斯大學奧斯汀分校的其他研究人員也創(chuàng)建了基于石墨烯的臨時文身，它能夠跟蹤人體的生命體征，如皮膚溫度和水合作用。

12.由于具有高導電性、高強度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領域的應用優(yōu)勢也極為突出。2014年，美國國家航空航天局開發(fā)出了能夠應用于航天領域的石墨烯傳感器。這種傳感器能很好地對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結構性缺陷等進行有效檢測。

13.石墨烯有一天可以讓我們在太空中自由航行，但這個誘人的前景也充滿挑戰(zhàn)。因為當石墨烯變?yōu)槎鄬訒r，它會失去許多性能，包括柔韌性和高導電性。研究人員試圖通過制造比單個石墨烯層更厚但仍保持其特性的石墨烯“海綿”來解決這一問題。但后來發(fā)生了奇怪的事情，當研究人員將激光對準石墨烯“海綿”時，它會移動。在隨后的實驗中，研究人員還發(fā)現可以用光推進、旋轉甚至懸浮石墨烯“海綿”。在2015年的《自然光子》雜志上，研究人員解釋說，陽光或中等激光束會使石墨烯“海綿”甩掉一股刺激物質的激發(fā)電子，有朝一日可能成為推動輕型飛船進行太空旅行的理想選擇。石墨烯在超輕型飛機材料等的潛在應用上也將發(fā)揮更重要的作用。但在2016年，有評論家聲稱石墨烯“海綿”的輕質推進實際上可能受到了實驗中高度控制環(huán)境的影響，而這種情況在太空環(huán)境中是不可再現的。事實上，關于石墨烯用途的許多提議尚未變?yōu)楝F實。

14.2018年3月，研究人員宣布，染頭發(fā)用石墨烯染料而非氨或其他化學物質，可以實現很好的鎖色效果而不滲透或傷害皮膚和頭發(fā)。不過，批評者指出，我們對這種材料知之甚少，無法確保直接接觸后對人的身體和環(huán)境是安全的。

15.2016年，對石墨烯和類似納米材料的毒性研究的審查結果好壞參半。一些實驗表明，吸入或攝取這些物質會對小鼠和其他動物造成相當大的內部傷害。但是這些注意事項并未阻止研究人員嘗試將石墨烯送入你的家中，甚至可能是你的肚子里。2018年2月，一個團隊宣布，他們在烤面包和椰子等食物的表面成功地用激光制造出了石墨烯圖案。

在激光的作用下，面包局部表面的碳水化合物會首先轉化成無定型碳（這一步倒確實算是“燒煳”），接下來再向石墨烯結構轉化。同樣的技術在多種富含碳的常見材料上都可以進行，比如紙、布、椰子殼和土豆上。

那么，在面包表面制造石墨烯有什么用呢？鑒于石墨烯良好的導電性，研究者認為，或許可以用這種方法在食物表面加入電子標簽或者傳感器。比如說，傳感器可以告訴你食物是否被致病細菌污染，或者它是否處于合適的保存溫度。石墨烯潛在的應用很多，但實驗室外的任何用途都需要數年時間來進行驗證。