时间走到了2016年的尾巴，盘点今年材料界的“红人”，石墨烯如果排第二，相信没有其他材料敢称第一。这家伙当下红得发紫，红得让其他材料嫉妒，石墨烯电池、石墨烯袜子、石墨烯口罩……这样的概念几乎天天萦绕在人们的耳边。石墨烯到底是种什么东西?是石墨吗?还是一种烯?它真的那么神奇吗?
石墨、富勒烯、碳纳米管和石墨烯之间的关系。
一种碳单质
要想了解石墨烯，还得从碳元素说起。碳是宇宙大爆炸后，恒星核聚变反应所造就的一种非金属元素。没有它，地球上就没有生命。坚硬的金刚石、柔软的石墨、富勒烯、碳纳米管，以及石墨烯，都是一种单纯由碳元素构成的物质。
石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料，碳原子之间相互连接成六角网格。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起，而富勒烯和碳纳米管都可以看成是由单层的石墨烯依照某种方式卷成的。
利用石墨烯来描述各种碳单质性质的理论研究持续了近60年，但是普遍认为这样的二维材料是难以稳定单独存在的，只有依附在三维的衬底表面或者在像石墨那样的物质内部。直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯之最
石墨烯的发现，之所以意义重大，是因为它创造了诸多纪录。
石墨烯是世上最薄的材料，它只有0.34纳米厚。10万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于1根头发丝的直径，人们用肉眼是看不见它的。
石墨烯是人类已知强度最高的物质。它比钻石还坚硬，单位重量的强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试石墨烯的承受能力，它们每100纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了2.9微牛左右。这意味着，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。
石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快。电子在石墨烯里面好像没有质量一样，运动速度非常快。常温下，其电子迁移速率可达光速的1/300，远远高出其在碳纳米管以及硅、铜等传统半导体和导体中的速率。因具有较高的电子迁移率，而且受温度和化学掺杂的影响很小，电阻率也很小，因而它具有从不消失的电导率等性能，被期待用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
石墨烯的另一特性让科学家们更为惊喜，该材料几乎完全透光，透光率在97%以上，很适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。
缩短充电时间
由于石墨烯特有的性能，决定了其巨大而广阔的应用前景。
据称，石墨烯材料如果取代硅，有望让计算机处理器的运行速度快数百倍;石墨烯有望引发触摸屏和显示器产品的革命，制造出可折叠、伸缩的显示器件;石墨烯强度超出钢铁数十倍，有望被用于制造超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣等。
应用方面最新的、也是最吸引人眼球的亮点是石墨烯电池。世界电动汽车之王特斯拉曾宣告，将推出续航里程为800千米的石墨烯聚合材料电池汽车。紧接着，西班牙一家以工业规模生产石墨烯的公司同西班牙科尔瓦多大学合作开发出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000千米，而其充电时间不到8分钟。电池技术是电动汽车大力推广和发展的最大瓶颈，石墨烯储能器件研制成功后，若能批量生产，则将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革。
而就在今年12月1日，华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上，宣布推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示，以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃，使用寿命是普通锂离子电池的2倍。
衣服更智能
近年来，石墨烯也逐渐成为高性能纺织纤维制备领域的研究热点，在纺织品功能整理方面同样引起广泛关注。所谓石墨烯纺织品，是指石墨烯材料与普通纺织品有效结合，在保持纺织品各项基本性能的同时，具有石墨烯某一种或几种独特性质的纺织产品。
因为石墨烯是目前电阻率最小的材料，将石墨烯与织物结合，可制备优异的抗静电、电磁屏蔽或者导电织物，可以应用于特殊行业。比如将石墨烯与化纤共混纺丝，有可能制备出具有优异抗静电性能的采矿职业服面料。
石墨烯用于纺织材料中，可以制成更柔软、微小的电子元件，应用于智能服装中。这种智能服装在医疗保健、高性能运动服、可穿戴的显示器及军用服装设备等方面拥有潜在的应用前景。
前不久，英国剑桥大学剑桥石墨烯中心(CGC)与中国江南大学合作，设计了一种将石墨烯基油墨沉积在棉花上以生产导电纺织品的方法。其他导电油墨是由贵金属制成，价格非常昂贵，而且不可持续，而石墨烯既便宜、环保，又与棉花化学兼容，让电子系统直接放入衣服成为可能。
中国技术领先
令人欣慰的是，我国石墨资源丰富。据美国地质调查局统计，截至2012年底，世界石墨保有储量(矿物量)3944万吨。其中，中国2404万吨，占世界储量的52%。对于市场规模，中国石墨烯产业技术创新战略联盟曾预测，石墨烯产业一旦形成，可能很快会实现指数式发展。预计到2020年，中国石墨烯产业能达到1000亿元。
而且，虽然石墨烯在英国被发现，但当前，中国的石墨烯发展技术领先于世界。目前全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发，中国在石墨烯研发方面申请的专利数已超过2200项，占全世界的1/3。
但从实验室到市场还有许多路要走，比如能适合工业化大规模推广生产的技术。要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品，需要最费时费力费钱的手段：机械剥离法——用胶带粘到石墨上，手工把石墨烯剥下来。
2004年，诺沃肖洛夫他们就是这么制备出石墨烯的。我们现在也有了更多的技术选择，比如液相剥离法、气相沉积法、直接生长法、氧化还原法……但都不适合大规模推广。
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