石墨烯及其應用前景

高榮偉

2004年，英國科學家在實驗室中從石墨上剝離出石墨薄片，并重復操作，最終得到僅由一層碳原子構成的薄片，即石墨烯。

石墨烯是目前世界上最薄、最堅硬的納米材料，厚度僅0.335納米，相當于頭發絲的二十萬分之一，硬度卻是同等規格鋼材的200倍，被材料學家親切地稱為“黑金”。不僅如此，石墨烯還抗菌，有優良的透光性能。石墨烯的這些特性賦予了這種新材料獨特的地位，受到了眾多科學家的青睞，剛一面世，就引發了全球范圍內的研究熱潮。

就儲藏量來看，中國擁有的石墨烯資源十分豐富。不僅如此，中國在石墨烯技術研發領域也處于領先地位，不僅開發了許多新用途，而且申請了為數眾多的專利。據統計，當前中國石墨烯專利數量全球領先。

據媒體報道，中國“90后”學者曹原近年來因其在石墨烯領域的科研成果，屢屢登上全球頂尖學術期刊。2018年3月，《自然》連刊兩篇論文，報道石墨烯超導的重大發現，第一作者就是曹原，他也成為該雜志創刊以來年齡最小的來自中國的第一作者。曹原發現，當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度時，會產生神奇的超導效應。曹原的發現解決了困擾物理界多年的難題，轟動了國際材料學界，開辟了凝聚態物理的全新領域。

2019年3月，天津大學封偉教授領導的科研團隊經過不懈努力，通過含氟自由基切割單壁碳納米管，在世界范圍內首次制備出單層石墨烯納米帶。從技術角度講，這是材料學界科研人員首次用一步法獲得單層石墨烯納米帶。值得一提的是，這種制備方法的發現意味著中國科學家突破了西方數十年的技術封鎖，意義非凡。

目前，世界上第一條規模化的石墨烯生產線已在中國誕生。中國石墨烯產業化應用不斷取得突破，在世界領跑，產業格局初具雛形。不過，目前我國石墨烯產業發展面臨著產業鏈上下游之間溝通不暢的問題，關鍵領域的核心技術有待進一步突破。

石墨烯作為近年來備受關注的新型材料，應用前景十分廣闊。利用石墨烯的特性，半導體產業、光伏產業、航天產業、軍工產業等領域都將迎來革命性的技術進步。目前，石墨烯在新興產業的應用主要集中在新能源、電子信息、生物醫藥等領域，各國競相投入研究，以發揮石墨烯高導電、高導熱、高強度等優異性能。

隨著石墨烯大尺寸、批量化生產等難題被逐步突破，石墨烯的產業化應用步伐逐步加快。如今，世界各國都在積極布局這一有望改變未來的領域。

據媒體報道，美國、歐盟、韓國、日本的眾多企業和研究機構投入了大量人力、財力從事石墨烯的基礎研究和應用開發。目前，石墨烯的市場規模不斷擴大，發展態勢良好，石墨烯行業正處于產業化突破的前夕。從應用前景來看，石墨烯的潛在應用價值還有待深入開發。