近日，在深圳举行的第十九届中国国际高新技术成果交易会上，石墨烯作为一种独特的新材料再次吸引了人们的目光，成为国内规模最大、影响力最大的科技展会& ldquoStar & rdquo。石墨烯有哪些神奇之处，能给人们带来哪些惊喜？记者采访了相关专家。
石墨烯
科学家表示，石墨烯是从石墨材料上剥离下来的平面晶体，仅由一层碳原子组成，呈蜂窝状六边形排列。一般来说，石墨烯是单层石墨。一块厚度为1mm的石墨包含约300万层石墨烯；铅笔在纸上轻轻一刷，留下的痕迹可能是多层石墨烯。
这种只有一个原子厚的二维材料，一直被认为是一种假想的结构，不可能单独稳定存在。直到2004年，两位英国科学家成功从石墨中分离出石墨烯，证明了它可以单独存在。因此，他们共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。据中国电子科学研究院55所所长、微波毫米波单片集成与模块化电路重点实验室主任高涛博士介绍，石墨烯由于其独特的结构，具有优异的电学、热学、力学和光学性能，如更多的导电性、传热、硬度和透光性。薄、坚韧、导电且导热& hellip& hellip石墨烯的这些特性给人很多想象空间空。
石墨烯最开始的特点就是薄，可以称得上是目前世界上最薄的材料。它只有一个原子那么厚，大约0.3纳米，是一张A4纸厚度的百分之一，一根头发丝的百分之一。同时，石墨烯比金刚石更坚硬，透光率高达97.7%，是世界上最硬最薄的纳米材料。
同时，它可以导电。石墨烯的电子速度达到1000 km/s，是光速的1/300，非常适合制造下一代超高频电子器件。石墨烯也是导热高手，比导热能力最强的银强10倍。
石墨烯的特性也很& ldquoFun & rdquo。例如，当一滴水在石墨烯表面滚动时，石墨烯可以敏锐地& ldquo认知度& rdquo轻微的运动，并产生连续的电流。这个特点给科学家提供了一个新的思路& mdash& mdash从水流中获取电能。例如，一把涂有石墨烯的雨伞可以用来在下雨天发电，或者可以制成敏感的传感器设备。& ldquo人类经历了石器时代、陶器时代、青铜时代、铁器时代，正在向以硅为主要物质载体的信息时代进军。下一个量子时代会出现哪种材料？大概是石墨烯吧。& rdquo浙江大学高分子科学与工程系教授高朝说。
未来的电动汽车将使用石墨烯电池，充满电需要两三分钟。
石墨烯因其神奇的性质、简单的制备和多维的研究视角，具有巨大的应用潜力和广泛的应用行业，成为一种引人注目的材料& ldquo后起之秀& rdquo这并不奇怪。石墨烯发现到现在才10多年，已经有了很多令人震惊的研究成果。堪称人类历史上从发现到应用最快的材料。
高朝表示，从材料化学的角度来看，石墨烯将在资源、环境、化工、材料、能源、传感、运输机械、光电信息、健康与智能、航空空航天等领域带来改变或变革中国石墨储量丰富，约占世界总量的75%。它的高效发展将导致碳资源和中国大资源战略的新定位、新思维和新规划。
石墨烯的工业化生产将推动化工、机械、智能、自动控制行业的技术升级。石墨烯的加入可以产生多功能复合材料，用于制造高性能电池和电容器。石墨烯传感器可用于生物检测和光电检测。石墨烯和其他二维异质叠层材料可用于制造高性能晶体管。
可以说，石墨烯技术将对我们的衣食住行、使用和玩耍产生影响。石墨烯复合膜具有良好的抗氧抗水性，可以提高食品的保质期。石墨烯纤维可制成发热服装和医疗保健产品；石墨烯电热膜电热转换效率高，可逐步替代加热；石墨烯系列材料可用于汽车、火车等交通工具，石墨烯导热薄膜可用于手机高效散热& hellip& hellip石墨烯的另一个有前途的应用领域是电能存储。它的优势在于充电速度快，可重复使用数万次。但是目前石墨烯储存的电量没有电池多，无法储存足够的电量。未来随着充电设施的完善和相关技术的进步，电动汽车将使用石墨烯电池，充满电需要两三分钟。
中国电科55所微波毫米波单片集成与模块电路重点实验室副主任孔月婵博士说，石墨烯的电子速度是硅的十倍，石墨烯制成的高频器件理论工作频率可以达到硅的十倍甚至上百倍。石墨烯引发的技术革命，很可能是从人们经常看到的一个小芯片开始的。
此外，研究人员已经完成了柔性衬底晶体管的开发，正在尝试开发柔性通信电路。未来无论是可折叠显示屏，还是可植入人体的可穿戴设备，都有可能通过这样的石墨烯器件来实现。高涛认为，即使在实验室条件下，石墨烯的神奇性能仍然没有完全释放出来。因为技术层面还有很多挑战，要大规模应用还有很长的路要走。但是，通过加强需求和研究的结合，不断在石墨烯材料制备和器件研制方面取得重要突破，创造更多更新更具颠覆性的应用，石墨烯这种新一代战略性新兴材料将极大地改变人们的生产生活。
国内石墨烯研究与国外基本同步，预计不久将形成石墨烯产业。
石墨烯一直是国际上的研究热点，并且在不断升温。近年来，全球与石墨烯相关的论文和发明专利数量几乎呈指数级增长。不仅预测和证实了各种优良的物理化学性质，而且出现了许多具体的研究方向。
据了解，很多国家都在争夺石墨烯技术的制高点。欧盟的旗舰计划侧重于石墨烯传感。美国正试图通过使用石墨烯使通信变得灵活，并取得了显著成效。韩国继续支持石墨烯柔性显示的研究，并已生产出演示产品。
高涛表示，总体来看，目前世界上石墨烯的优异性能正逐步从实验室研究转向产品应用，而一些潜在的性能或应用仍在探索中。但这个项目是一个漫长而艰难的过程，为中国赶超国际水平、占领技术制高点带来了巨大机遇。
高朝认为，目前国内石墨烯研究与国外基本同步，有些方面具有原创性和领先性的成果。国内的研究重点是化学和材料，国外的研究重点是机理和器件。我国对石墨烯的研究可以说在理论研究上达到了国际先进水平& ldquo并行运行& rdquo论文和专利在数量和质量上都具有很强的国际竞争力。截至2016年3月，中国石墨烯专利总量占全球的56%。同时，国家资助了大量石墨烯相关基础研究项目，初步形成了政府、科研机构、企业协同创新的产学研合作对接机制。比如清华大学开发了米级石墨烯单晶薄膜的快速制备技术；中国电科55所研发出世界上最快的柔性石墨烯晶体管；浙江大学纳米聚合物团队通过近十年的研究，开发了石墨烯纤维、石墨烯连续组装膜、石墨烯超轻气凝胶和石墨烯无纺布。
受访专家指出，令人惊讶的研究成果不断出现在各个方向，让人对石墨烯的未来充满期待。但总体来说，石墨烯技术的成熟度还是比较低的。对于石墨烯的发展，制约因素或难点主要在材料制备技术、新的设计理念和二维操控技术。其中，高质量、大规模的石墨烯原料问题暂时没有得到根本解决，需要做大量的技术研究。单层氧化石墨烯、石墨烯单晶等一些技术已经在实验室制备成功，但要实现工程化、连续化、低成本、高效率、稳定制备还有很长的路要走。只有真正高质量的石墨烯量产，颠覆性的应用才会出现。
然而，科学家们也很乐观。近两年，石墨烯可控低成本制备技术取得突破性进展，有望在不久的将来形成石墨烯产业。
