石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中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。并且石墨烯在自然界也有产出，2014年在中国由一颗碳质球粒陨石中，发现存在希格斯粒子场的能效机制，在此之中就发现了由碳原子碳晶体自组装的弯曲纳米石墨烯，显为碳原子的电子圈量子的能效形成天然的石墨烯。中国发现的这颗碳原子“石墨烯”使人们得以看见石墨烯的成长机理，意义重大。

7年前，英国发现了这种神奇的材料。2010年，曼彻斯特大学的两位科学家凭借在石墨烯研究方面取得的成就荣获诺贝尔物理学奖。本周，英国财政大臣乔治-欧斯本承诺拿出5000万英镑(约合7778万美元)，研发基于这种超坚固材料的技术。在经济学方面，石墨烯最令人兴奋的特性莫过于较低的成本。通常情况下，科学家研发一种新型材料时成本都高的惊人。石墨烯采用对石墨进行化学处理的方式制造。石墨是铅笔中“铅”的原材料，造价很低。每隔几个月，研究人员都会研发出大规模生产石墨烯的新方式，进一步降低成本。一些专家表示石墨烯的生产成本能够降至低于每磅4英镑(约合每453克6美元)。

石墨烯能够成为21世纪堪称奇迹的新材料吗？拥有诸多特性的石墨烯化学结构非常简单，简单的令人感到不可思议。一片石墨烯就是一层碳原子，它们紧密结合在一起，形成蜂巢图案。石墨烯是迄今为止研发的最薄材料。300万片石墨烯堆叠在一起的厚度也不过1毫米。此外，它也是人类已知的最坚固材料，强度是刚的200倍，硬度是钻石的数倍。

史上最薄的材料

一片石墨烯能够承受相当于一头大象的重量。计算结果显示，一头大象需要站在铅笔的末端，才能凭借体重刺破石墨烯片。除了强度极高外，石墨烯也拥有惊人的柔软性，可在不出现破损的情况下伸展20%。此外，这种材料的导电性也远远高于铜(通常用于生产电线)，同时也是地球上导热性能最高的材料。

石墨烯由石墨制成，后者是一种灰色矿物，储量极高，主要产自智利、印度和加拿大等国。铅笔芯由数百万层石墨烯构成。这些层松散地结合在一起，这也就是为什么铅笔划过纸面时，石墨烯会脱落。2004年，康斯坦丁-诺沃肖罗夫教授和安德鲁-盖姆教授首次分离出石墨烯。他们利用胶带剥离石墨上的薄层，而后将其放在硅片上并借助显微镜进行观察以进行确认。

诺沃肖罗夫教授出生于俄罗斯，现年37岁。他认为石墨烯能够让从电子学到电脑的一系列领域发生革命性改变。他说：“我不认为石墨烯的潜力被夸大。凭借简单的结构——可能是世界上最薄的物质——以及大量独特的特性，这种新材料吸引了很多人的目光。石墨烯拥有数百种独一无二的特性，优于其他材料。由于只有一个原子那么厚，这种材料透明度极高。具有导电性能的透明材料并不多。”

成为材料学界焦点

石墨烯的发现轰动了材料学界，随后便成为研究焦点。2010年，有关石墨烯特性的研究论文多达3000篇，专利申请400项。电子业相信石墨烯将让包括iPhone和Kindle在内的电子产品的制造发生革命性改变。现代触摸屏采用氧化铟锡，这是一种可以导电的透明材料，造价昂贵。此外，使用这种材料制造的屏幕很容易摔裂或者摔碎。用基于石墨烯的化合物取代氧化铟锡允许制造柔软的薄如纸的电脑和电视屏幕。韩国研究人员使用石墨烯制造出25英寸(约合63.5厘米)可弯曲触摸屏。

如果使用石墨烯作为原材料，电子报纸的面貌将发生彻底改变。我们不妨想象一下，轻触电子报纸角落里的按钮，更新内容或者移到下一页，看完之后将其折叠起来，第二天再打开，继续浏览自己关注的内容。其他一些研究人员将目光投向石墨烯的医学用途。此外，这种新材料也可用于取代碳纤维船身和自行车车身。石墨烯制造的轮胎强度也要超过普通轮胎。一些研究人员表示石墨烯甚至可以取代硅，用于制造电脑芯片。未来，一张石墨烯信用卡存储的信息量可相当于今天的电脑。

诺沃肖罗夫表示：“我们正在研发这种新材料的诸多特性。如此多的人研究一种材料是以往未曾出现过的。你可能希望将其与塑料结合在一起。石墨烯是一种万能材料，相当于所有塑料的总和。这是一种令人吃惊的材料，它的潜力并没有被夸大，这也就是为什么会有如此多的研究人员研究这种材料。”

英政府太“抠门”

伦敦科学博物馆材料学馆馆长苏-莫斯曼表示，石墨烯可以与酚醛树脂相提并论，后者是科学家首次合成的塑料，发明于1907年。酚醛树脂具有较高的抗热和抗化学物质特性，是一种出色的电绝缘材料，用于生产电源插头、无线电、照相机和电话。她说：“酚醛树脂的时代是否将成为过去并被石墨烯取代？历史的经验告诉我们，我们这个国家很善于发明，但却不善于将发明投入应用。”

英国历史上一些伟大发明最终都未得到适当的商业开发，为普通百姓造福，例如聚乙烯和碳纤维，如果不让石墨烯步这些发明后尘，英国政府需要投入大量资金进行研发。这也就是为什么政府出资帮助研发的举动在保守党会议上博得一片掌声。但与美国和亚洲在石墨烯研发方面的投入相比，财政大臣承诺的5000万英镑微不足道。为了研发基于石墨烯的技术，韩国政府投入了1.95亿英镑(约合3亿美元)，欧盟委员会预计在未来10年投入10亿欧元(约合13亿美元)研发石墨烯技术。

尽管对石墨烯技术的研发充满激情，但很多研究人员怀疑这种新材料能否实现如此高的预期。在石墨烯之前，科学家也曾研发出惊人的新材料，但最终的应用却少得可怜。1985年，科学家研发出新型碳材料富勒烯，被誉为当时的革命性新材料。尽管进行了大量宣传，但这种材料并未得到很大的实际应用。

石墨烯的使用也面临一系列问题。这种材料的导电性能极高，可用于制造晶体管——负责控制电流，需要具备阻止电流通过的能力——等装置，但事实证明，石墨烯的这一用途面临挑战。2011年初，IBM承认“很难想象”用石墨烯取代硅，用于生产电脑芯片。怀疑论者指出，碳纤维等绝大多数新材料在发明后需要20年时间才能投入商业使用。现在，科学家已经踏上伟大的石墨烯革命之路，但这条道路也充满不确定性。