關(guān)于石墨烯，你所不知的那些事

奧秘

1.石墨烯，作為目前地球上已知的最薄，強(qiáng)度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的新型納米材料，又被稱為“黑金”，是有“新材料之王”之稱的奇跡材料，可以用于太空旅行，甚至染發(fā)。石墨烯是單層石墨，原子排列呈蜂巢晶格狀六邊形。

2.石墨烯具有極大的靈活性和強(qiáng)度，并且因?yàn)樗嵌S的，所以電流可以快速通過(guò)，是已知導(dǎo)電性能最強(qiáng)材料之一。石墨烯也可以作為超導(dǎo)體，這意味著電流能夠以零電阻通過(guò)。這是英國(guó)劍橋大學(xué)研究人員的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將石墨烯與被稱為鐠鈰氧化銅的材料偶聯(lián)來(lái)激活該效果。

3.為什么超導(dǎo)材料很重要？因?yàn)閷?lái)它們可以提供無(wú)限的能量，因?yàn)樗鼈儾⒉豢偸切枰a(bǔ)給電流的。研究人員說(shuō)：“超導(dǎo)領(lǐng)域的夢(mèng)想是讓你的電腦或手機(jī)持續(xù)工作而不消耗能量。你只需要充一次電，就可以忘記充電這件事，因?yàn)樵谡麄€(gè)生命周期內(nèi)設(shè)備將不需要再次充電?！?/p>

4.2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出了石墨烯，證明石墨烯可以單獨(dú)存在。僅僅6年之后（2010年），倆人因此成就獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同樣在這短短的時(shí)間內(nèi)，世界各地的研究人員發(fā)表了5000多篇相關(guān)的論文。

5.實(shí)際上，石墨烯本來(lái)就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。毫無(wú)疑問(wèn)，你或者你的孩子已經(jīng)用石墨烯寫過(guò)很多文字了。石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨，1毫米厚的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

6.石墨烯還有什么其他的用途呢？過(guò)濾水。2018年1月，研究人員利用碳晶格創(chuàng)造了一種廉價(jià)有效的太陽(yáng)能凈水器和海水淡化器，可將海水和污水轉(zhuǎn)化為飲用水。

7.比鉆石強(qiáng)度大的防彈衣，可能只有一個(gè)原子厚。石墨烯是已知宇宙中強(qiáng)度最高的材料之一，強(qiáng)度是鋼的100倍。佐治亞理工學(xué)院的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，兩層外延石墨烯薄膜（只有兩層原子石墨層）可以承受鉆石尖端的穿孔。它有望發(fā)展成為超薄的防彈衣。

8.2016年，在歐洲影響最大的科學(xué)節(jié)日——城市科學(xué)節(jié)期間，英國(guó)汽車公司Briggs發(fā)布了首臺(tái)車身采用石墨烯材料制成的汽車，名為BAC Mono。外觀上，BAC Mono看起來(lái)像是一臺(tái)方程式賽車，只有一個(gè)不帶風(fēng)擋的座位。石墨烯材料的應(yīng)用使得車身重量減少了20%，強(qiáng)度卻是傳統(tǒng)鋼材的200倍。石墨稀未來(lái)將成為制造汽車的理想材料。

9.未來(lái)涂漆：試想一下，如果能夠在建筑物表面涂一層特殊的涂層，當(dāng)它感覺(jué)到建筑物的底層結(jié)構(gòu)需要修理時(shí)就會(huì)改變顏色，那該多便捷。這一設(shè)想已由德國(guó)萊布尼茨聚合物研究所的研究人員用智能石墨烯涂層實(shí)現(xiàn)，該涂層通過(guò)改變顏色來(lái)指示斷裂。石墨烯薄片以一定的角度放置在建筑物表面，如果建筑物受損，它們會(huì)反射紅光、黃光和綠光。

10.革命性的揚(yáng)聲器：為了產(chǎn)生聲音，普通揚(yáng)聲器通過(guò)來(lái)回移動(dòng)（或震動(dòng)）而在空氣中產(chǎn)生壓力波。石墨烯最終可能會(huì)提供一種不同的方法，從而取代現(xiàn)有的笨重音響系統(tǒng)。來(lái)自英國(guó)?？巳卮髮W(xué)的研究人員，已經(jīng)展示了如何用石墨烯制造一種非移動(dòng)的固態(tài)音頻設(shè)備。他們使用的方法是，讓石墨烯以非常高的速度周期性地改變空氣的溫度，從而產(chǎn)生可聽頻率的聲音或者更高的超聲頻率聲音。

11.智能健康監(jiān)控：伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨稀可以幫助檢測(cè)癌細(xì)胞。在實(shí)驗(yàn)中，他們將從小鼠身上取出的腦細(xì)胞放到石墨烯片上，發(fā)現(xiàn)它能夠區(qū)分單個(gè)癌細(xì)胞（成膠質(zhì)細(xì)胞瘤或GMB細(xì)胞）和正常細(xì)胞。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的其他研究人員也創(chuàng)建了基于石墨烯的臨時(shí)文身，它能夠跟蹤人體的生命體征，如皮膚溫度和水合作用。

12.由于具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也極為突出。2014年，美國(guó)國(guó)家航空航天局開發(fā)出了能夠應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器。這種傳感器能很好地對(duì)地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行有效檢測(cè)。

13.石墨烯有一天可以讓我們?cè)谔罩凶杂珊叫?，但這個(gè)誘人的前景也充滿挑戰(zhàn)。因?yàn)楫?dāng)石墨烯變?yōu)槎鄬訒r(shí)，它會(huì)失去許多性能，包括柔韌性和高導(dǎo)電性。研究人員試圖通過(guò)制造比單個(gè)石墨烯層更厚但仍保持其特性的石墨烯“海綿”來(lái)解決這一問(wèn)題。但后來(lái)發(fā)生了奇怪的事情，當(dāng)研究人員將激光對(duì)準(zhǔn)石墨烯“海綿”時(shí)，它會(huì)移動(dòng)。在隨后的實(shí)驗(yàn)中，研究人員還發(fā)現(xiàn)可以用光推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)甚至懸浮石墨烯“海綿”。在2015年的《自然光子》雜志上，研究人員解釋說(shuō)，陽(yáng)光或中等激光束會(huì)使石墨烯“海綿”甩掉一股刺激物質(zhì)的激發(fā)電子，有朝一日可能成為推動(dòng)輕型飛船進(jìn)行太空旅行的理想選擇。石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等的潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用。但在2016年，有評(píng)論家聲稱石墨烯“海綿”的輕質(zhì)推進(jìn)實(shí)際上可能受到了實(shí)驗(yàn)中高度控制環(huán)境的影響，而這種情況在太空環(huán)境中是不可再現(xiàn)的。事實(shí)上，關(guān)于石墨烯用途的許多提議尚未變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

14.2018年3月，研究人員宣布，染頭發(fā)用石墨烯染料而非氨或其他化學(xué)物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)很好的鎖色效果而不滲透或傷害皮膚和頭發(fā)。不過(guò)，批評(píng)者指出，我們對(duì)這種材料知之甚少，無(wú)法確保直接接觸后對(duì)人的身體和環(huán)境是安全的。

15.2016年，對(duì)石墨烯和類似納米材料的毒性研究的審查結(jié)果好壞參半。一些實(shí)驗(yàn)表明，吸入或攝取這些物質(zhì)會(huì)對(duì)小鼠和其他動(dòng)物造成相當(dāng)大的內(nèi)部傷害。但是這些注意事項(xiàng)并未阻止研究人員嘗試將石墨烯送入你的家中，甚至可能是你的肚子里。2018年2月，一個(gè)團(tuán)隊(duì)宣布，他們?cè)诳久姘鸵拥仁澄锏谋砻娉晒Φ赜眉す庵圃斐隽耸﹫D案。

在激光的作用下，面包局部表面的碳水化合物會(huì)首先轉(zhuǎn)化成無(wú)定型碳（這一步倒確實(shí)算是“燒煳”），接下來(lái)再向石墨烯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。同樣的技術(shù)在多種富含碳的常見材料上都可以進(jìn)行，比如紙、布、椰子殼和土豆上。

那么，在面包表面制造石墨烯有什么用呢？鑒于石墨烯良好的導(dǎo)電性，研究者認(rèn)為，或許可以用這種方法在食物表面加入電子標(biāo)簽或者傳感器。比如說(shuō)，傳感器可以告訴你食物是否被致病細(xì)菌污染，或者它是否處于合適的保存溫度。石墨烯潛在的應(yīng)用很多，但實(shí)驗(yàn)室外的任何用途都需要數(shù)年時(shí)間來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。