“超級材料”這個詞近來被大量的使用——陶瓷超級材料，氣凝膠超級材料，彈性體超級材料。但是有一種超級材料把它們都淹沒了，它讓它的發(fā)現(xiàn)者獲得了諾貝爾獎，并為科學的炒作和興奮定義了上限。它有可能使處理、電力儲存、甚至太空探索發(fā)生革命性的變化……但它還沒有真正實現(xiàn)任何目標。它被稱為石墨烯，它是現(xiàn)代材料科學熱潮的鼻祖。石墨烯有可能成為有史以來最具顛覆性的單一發(fā)明之一，但它到底是什么呢?

石墨烯是由單層碳原子排列成六邊形晶格的一種異形體(形式)。它是碳的許多其他異形體的基本結構元素，如石墨、鉆石、碳、碳納米管和富勒烯。

石墨烯有許多不同尋常的性質(zhì)，它能有效地傳導熱量和電，它的導電性也非常高，而且?guī)缀跏峭该鞯?。它不僅具有令人難以置信的物理特性，還被廣泛引用為每一重量基礎上創(chuàng)造的最堅固的材料。例如，石墨烯在原子小的情況下，可以使處理器中的晶體管更加緊密地封裝，并允許許多電子行業(yè)向前邁進一大步。

石墨烯令人難以置信的物理特性實際上在各種思想實驗中被應用。如果它能在至少一米長的線程中被制造出來，一些科學家相信這些石墨烯可以被編織在一起，從而使它既足夠堅固又足夠柔韌，可以成為太空電梯的支柱。這種單一的柔性，編織的碳將從地球表面延伸到地球同步軌道之外。如果石墨烯制造能夠自己發(fā)展起來的話，這類科幻發(fā)明將成為可能。

石墨烯對于各種各樣的領域來說都是革命性的。

在生物工程領域，科學家們希望利用石墨烯的小尺寸來穿透細胞壁，這可能會使研究人員選擇一個分子。石墨烯還可用于制造一種超細、反生物的水過濾器，用于快速過濾潛在危險的飲用水。它可以簡單地讓設計和建筑規(guī)模比以往任何時候都小，石墨烯的低電阻可以使太陽能電池板技術更加節(jié)能，但光子中所含的能量不足以激活石墨烯晶體管。由于石墨烯缺乏耐藥性，而且它的填充能力如此之強，能夠很快地大幅提高能源產(chǎn)量，因此石墨烯與污染物的“摻雜”增加其吸收能力一直是研究的主要來源。然而，就像所有的石墨烯一樣，我們將不得不拭目以待'

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結構。這種石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。它是2004年由曼徹斯特大學的科斯提亞諾沃謝夫和安德烈蓋姆小組首先發(fā)現(xiàn)的。石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬；作為單質(zhì)，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯在原子尺度上結構非常特殊，必須用相對論量子物理學才能描繪。石墨烯結構非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結構穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結構使碳原子具有優(yōu)秀的導電性。石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨氈石墨烯中電子受到的干擾也非常小。

石墨烯（Graphene）是一種二維晶體，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫(yī)學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

石墨烯的結構

毋庸置疑，石墨烯是繼納米碳管、富勒烯球后的又一重大發(fā)現(xiàn)，石墨是三維（或立體）的層狀結構，石墨晶體中層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力結合起來的，即層與層之間屬于分子晶體。

但是，由于同一平面層上的碳原子間結合很強，極難破壞，所以石墨的溶點也很高，化學性質(zhì)也穩(wěn)定，其中一層就是石墨烯。

石墨烯是由單層碳原子組成的六方蜂巢狀二維結構，它可以包裹起來形成零維的富勒烯（Fullerene，又譯作福樂烯），又名巴基球或巴克球（Buckyball，其他名稱還有球碳與芙，是繼金剛石和石墨之后于1985年發(fā)現(xiàn)的碳元素的第三種晶體形態(tài)。

卷起來形成一維的納米碳管（CarbonNanotube是具有石墨結構、并按一定規(guī)則卷曲形成納米級管狀結構的孔材料），層層堆積形成三維的石墨。

石墨烯的特點

純凈的石墨烯是一種只有一個原子厚的結晶體，具有超薄、超堅固和超強導電性能等特性，石墨烯具有優(yōu)異的電學、熱學和力學性能，這些特點可以幫助石墨烯在高性能納米電子器件、復合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領域獲得廣泛應用。

科學界認為石墨烯極有可能憑借無與倫比的特點和優(yōu)勢取代硅而成為未來的半導體材料，具有非常廣闊的應用前景。