自21世紀(jì)以來(lái)石墨烯已經(jīng)成為新型材料的研究重點(diǎn)，許多科學(xué)家都對(duì)石墨烯有著濃厚的興趣，也相繼研發(fā)出了不同類(lèi)型的石墨烯概念產(chǎn)品，我們先用一個(gè)實(shí)驗(yàn)解開(kāi)石墨烯是什么。

鉛筆里面裝有一根軟石墨棒，軟石墨棒是由牢固結(jié)合的原子層組成的一種碳，這些原子層通過(guò)范德華力非常脆弱地結(jié)合在一起。當(dāng)沿著紙張拖動(dòng)鉛筆時(shí)，石墨薄層會(huì)被摩擦下來(lái)并留在上面。

所以，我們看到的就是一個(gè)原子厚度的超薄石墨層。像這樣的鉛筆書(shū)寫(xiě)或標(biāo)記中都有少量的石墨烯斑點(diǎn)，但它們只有一個(gè)原子的厚度，所以這樣的石墨層就是我們所聽(tīng)到的石墨烯！

石墨烯與石墨、鉆石之間的關(guān)聯(lián)

在物理課本中我們知道碳有2中截然不同的形式存在，即同素異形體，分別是石墨（常見(jiàn)于鉛筆筆芯）和鉆石。令人神奇的是，這兩種根本不同的材料都是由相同的碳原子結(jié)合而成。

那么，石墨為什么不同于金剛石呢？這是因?yàn)槭怯善渌牧吓c石墨混合在一起，而鉆石則是由單一的碳原子組成的物質(zhì)，所以在純度上比石墨更堅(jiān)固。如果我們?cè)跁?shū)本上學(xué)的這些止步于此，那就沒(méi)有了石墨烯的出現(xiàn)了，也正是孜孜不倦的探究精神，在1985年人們發(fā)現(xiàn)額碳的另一種同素異形體-富勒烯，由60個(gè)碳原子的橄欖球狀籠子制成，直到2004年將平坦的碳原子卷曲制成直徑為1納米的超薄空心管和鼓狀石墨烯。

石墨烯是什么

觀(guān)察許多熟悉的固體材料，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：許多原子排列成規(guī)則的，無(wú)休止的重復(fù)三維結(jié)構(gòu)，只而原子之間沒(méi)有看不見(jiàn)的結(jié)合，它們不是結(jié)合在一起，而是固定在一起。鉆石和石墨都具有三維結(jié)構(gòu)，盡管它們是完全不同的：在鉆石中，原子緊密地結(jié)合在三維四面體中，而在石墨中，原子緊密地結(jié)合在二維層中，二維層固定在這些層上相對(duì)較弱上方與下方。

圖左：鉆石具有基于重復(fù)四面體的堅(jiān)固三維體系。紅色斑點(diǎn)是碳原子，灰色線(xiàn)是將它們連接在一起的鍵。（鍵是不可見(jiàn)的，但我們可以這樣繪制它們，因此我們可以更輕松地對(duì)其進(jìn)行可視化。）

圖右：基于緊密結(jié)合的六邊形層，石墨的結(jié)構(gòu)要弱得多。這些層在范德華力的作用下彼此薄弱地相連。

而石墨烯是單層石墨。它的晶體結(jié)構(gòu)是二維的。換句話(huà)說(shuō)，石墨烯中的原子是平坦放置的，就像桌子上的臺(tái)球一樣。就像在石墨中一樣，每一層石墨烯都是由碳的六邊形“環(huán)”制成的，從而呈現(xiàn)出蜂窩狀的外觀(guān)。由于這些層本身只有一個(gè)原子高度，因此需要堆疊約300萬(wàn)個(gè)才能將石墨烯制成1毫米厚！

所以擁有一個(gè)原子厚度石墨烯注定是很輕的一種物質(zhì)，很顯然我們可以把1克的石墨烯分布開(kāi)來(lái)，足足可以覆蓋1個(gè)足球場(chǎng)大小的面積，盡管沒(méi)有人這樣做過(guò)，但我們可以做一個(gè)計(jì)算，如果將石墨烯覆蓋整我們的國(guó)土面積，也只需要2000噸而以。

石墨烯的特點(diǎn)

強(qiáng)度：石墨烯比鉆石的硬度更強(qiáng)！石墨烯被認(rèn)為是迄今發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)固的材料，比鋼強(qiáng)200倍。值得注意的是，它既僵硬又有彈性，因此您可以將其拉伸到驚人的程度（原始長(zhǎng)度的20％到25％）而不會(huì)斷裂。那是因?yàn)槭┲刑荚拥钠矫婵梢韵鄬?duì)容易地彎曲而不會(huì)分裂。我們可以使用這一特征用其制造復(fù)合材料，用于汽車(chē)制造，以及其它用途，可以更環(huán)保更節(jié)能。

電導(dǎo)率：石墨烯電池大家肯定聽(tīng)說(shuō)過(guò)，它就是利用了石墨烯的電導(dǎo)率，因?yàn)槭┑谋馄搅呅尉Ц駥?duì)電子的阻力相對(duì)較小，電子可以快速，輕松地通過(guò)電子，甚至比一些超導(dǎo)體載流性能都更好，根據(jù)其超好的防滲透特質(zhì)與體積結(jié)構(gòu)，電池將做的更小，存電量更多，相比普通鋰電池更具環(huán)保性。

電子特性：電導(dǎo)率只是以相對(duì)粗糙的方式將電從一個(gè)地方“運(yùn)送”到另一個(gè)地方。石墨烯可以搭載操縱帶電的電子流，如果處理器用上了石墨烯，電子像光子一樣穿過(guò)石墨烯，速度更快，或許我們能更快速的發(fā)展到6G時(shí)代。

光學(xué)性質(zhì)：通常，一種物體越薄，它越可能是透明的，石墨烯也一樣，只有一個(gè)原子厚的超薄石墨烯幾乎完全透明，它的透光率約97-98％的光率。但是我們要記住石墨烯也是一種神奇的電導(dǎo)體，我們可以結(jié)合這一性質(zhì)，制作出既是窗戶(hù)玻璃有能發(fā)電的環(huán)保材料了。

石墨烯的未來(lái)

盡管石墨烯的這些特征已被證實(shí)，但是還需要解決很多技術(shù)難題才能投入生產(chǎn)使用，可以肯定的是石墨烯是一種環(huán)保節(jié)能材料，對(duì)我們的環(huán)境有著莫大的提升與改造，相信不久的將來(lái)一大部分是石墨烯參與的格局。對(duì)此看法你有什么見(jiàn)解呢？