長期以來,石墨烯一直被認(rèn)為是一種假設(shè)性的結(jié)構(gòu),無法單獨存在。2004年,英國物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,通過特殊方法從石墨中剝離石墨片,成功制備出僅由一層碳原子構(gòu)成的石墨烯片,從此世界上誕生了一種擁有“無數(shù)世界之最”的神奇材料。這一突破性成果,不僅證實了石墨烯可以單獨存在,而且破除了其無法制造的“定論”。
石墨烯如同是一個“多面嬌娃”,具有一般材料所不具備的眾多優(yōu)異性能,它占據(jù)著太多的世界“之最”。它的理論厚度0.34納米,僅為頭發(fā)絲的20萬分之一,是目前世界上最薄的材料,1毫米的石墨薄片,居然能剝離出多達150萬片石墨烯;它又是目前世界上最輕便的材料,1克石墨烯可以覆蓋一個足球場;它的強度為鋼的200倍、鉆石的數(shù)倍,如果把一片像食品保鮮膜一樣厚度的石墨烯覆蓋在一只杯子上,想用一支鉛筆戳穿它,需要一頭大象的重量壓在鉛筆上。
在石墨烯內(nèi),碳原子就像細(xì)鐵絲網(wǎng)圍欄一樣排列,這種結(jié)構(gòu)也使得它十分柔韌,即便大角度彎曲也不會斷裂,因此它是最柔韌的材料。石墨烯是目前世界上已知的強度最高的材料,可用于超輕質(zhì)飛機、紅外導(dǎo)引頭、激光武器、光電探測裝備、超輕便防彈衣等研發(fā)應(yīng)用,在軍事航天、軍用能源、軍用發(fā)動機、海水淡化、裝甲防護、極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
石墨烯誕生于石墨,儲量豐富、價格低廉,它獨特的二維晶體結(jié)構(gòu)和諸多物理、化學(xué)、生物學(xué)等特性,使它呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
科研人員運用石墨烯的超大比表面積和優(yōu)越導(dǎo)電特性,研制出多種基于石墨烯的儲能設(shè)備,突破了現(xiàn)有電池容量小、充電時間長的瓶頸。2011年11月,美國西北大學(xué)的研究團隊研發(fā)出一種采用石墨烯和硅材質(zhì)的電動汽車電池,充電量比以前增加了10倍,充電15分鐘可以實現(xiàn)約一周的續(xù)航能力。伴隨石墨烯衍生技術(shù)的迅猛發(fā)展,由其制造出的超高頻率晶體管以及柔性觸摸屏等產(chǎn)品廣受歡迎,前者可用于支撐起更加安全隱蔽的極高頻軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng),后者則能夠像衣服一樣柔軟地穿戴在身上。
石墨烯問世以來,其理論研究與應(yīng)用開發(fā)不斷取得進展,下游應(yīng)用領(lǐng)域巨大的行業(yè)需求更為整個石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈提供了充足的發(fā)展空間。
然而,石墨烯與其它新生事物一樣,其技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化也不可能一帆風(fēng)順。受限于制備技術(shù)與工藝,那些依賴于高純度石墨烯的產(chǎn)品,可能需要幾年甚至數(shù)十年才能開發(fā)出來。因為,這一“神奇”材料仍有許多未能克服的技術(shù)困難,比如石墨烯的規(guī)?;苽洹⒋蟪叽缡┑墓に噭?chuàng)新、石墨烯復(fù)合材料的加工等等。只有真正攻克這些技術(shù)難關(guān),才能發(fā)揮出石墨烯材料的更大潛能,為世界帶來更多驚奇。