材料新貴石墨烯

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2013年8月，劍橋大學的安德烈亞·費拉里博士發布了一項最新研究成果。他拿著一塊透明的塑料，將其彎曲，然后像彈鋼琴一樣輕按它，這塊塑料就發出了音樂聲。原來這塊塑料上有一個隱形鍵盤，這個鍵盤是用石墨烯電路打印而成的，其超強的柔韌性將可能實現把電話和電子報紙折疊放入口袋的夢想。

石墨烯，這種硬度為鋼的200倍、厚度僅為一個原子直徑的神奇物質引發了全球科學家們的“淘金熱”。有業內人士如此評價：“如果20世紀是硅的世紀，石墨烯則開創21世紀的新材料紀元，將給世界帶來巨大變化。”

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是目前世界上最薄、最堅硬、最強韌的納米材料。它有多薄？石墨烯只有0.34納米厚，粗略估計一下，一根頭發絲的直徑，大概等于十萬層石墨烯疊加起來的厚度，所以用肉眼是看不見它的。它有多硬？如果物理學家能制取出厚度相當于普通食品塑料包裝袋的（厚度約100納米）石墨烯，那么需要施加差不多兩萬牛頓的壓力才能將其扯斷。換句話說，如果用石墨烯制成包裝袋，那么它將能承受大約兩噸重的物品。它有多強韌？如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，吊床本身重量不足1毫克，只相當于貓的一根胡須，卻可以承受一只貓的重量。

它也是已知的最輕的導體之一，幾乎完全透明，只吸收2.3%的光，就可以讓電子觸摸屏的亮度達到最佳。常溫下，石墨烯電子的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。

比起易碎的硅，石墨烯易彎曲且可拉伸，因為石墨烯的結構非常穩定，其內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結構穩定。這種穩定的晶格結構也使石墨烯具有優秀的導熱性，導熱系數高達5300W/m·K。過去，人們認為鉆石的熱導率最高，但是石墨烯的熱導率是它的2倍。而且石墨烯是目前世界上電阻率最小的材料，導電性是銅的100萬倍，它甚至違背了“熱脹冷縮”的原理，會隨著溫度的升高而縮小。

怎樣得到石墨烯？

石墨烯一直被認為只是假設性的結構，無法單獨穩定地存在。直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地用“微機械剝離法”在實驗中從石墨中分離出石墨烯，觀測到其形貌，證實它可以單獨存在。微機械剝離的方法其實極為簡單，把石墨薄片粘在膠帶上，把有黏性的一面對折，再把膠帶撕開，這樣石墨薄片就被一分為二。通過不斷地重復這個過程，片狀石墨越來越薄，最終就可以得到一定數量的石墨烯。

石墨烯的應用

根據石墨烯強度超大、超薄的特性，它可廣泛運用于各個領域，如超薄超輕型飛機材料、像羽毛一樣輕的飛船外殼、超輕的防彈衣等。根據其優異的導電性，它有可能會成為硅的替代品，在微電子領域具有巨大的應用潛力。如用石墨烯能制作出幾乎不發熱的芯片，用來生產超級計算機。而石墨稀更快的電子遷移率，可以使未來的計算機獲得更快的速度。這種二維的碳會給世界帶來巨大改變，但改變到底有多猛烈、多深遠，還沒人知道。

（選自《知識窗》2014年第3期，有刪節）

閱讀思考

1.通讀文章第三、四段，并為這兩段擬一個合適的小標題。（填在文中橫線上即可）

2.文章第三段中的畫線句子主要運用了什么說明方法？在文中起什么作用？

3.請根據選文，簡單地概括出石墨烯的特征。