什么是石墨烯？

石墨烯是一种常见的由碳制成的二维材料。 当分层堆叠时，它被称为石墨，这是一种大多数人在所谓的“铅”铅笔中与粘土混合的黑色物质。

由于其独特的结构、热和电磁特性组合，石墨烯因其在各种未来技术中的潜在作用而引起了广泛关注。

石墨烯片中的每个碳原子都以相同的角度与其他三个原子紧密结合，形成扁平的蜂窝状结构。 类似于钻石（一种三维碳晶体，其中每个原子都与四个相邻原子相连），这些牢固的键使结构具有显着的坚固性。

具体来说，石墨烯具有令人难以置信的拉伸强度，尤其是在小规模上。 这意味着与一根直径只有几微米的细晶钢线相比，是石墨烯的六倍以上更难撕开。 之前曾用其他不太理想的钢材进行过测试建议可能有数百个倍强。

石墨烯的基本六边形形状构成了富勒烯的基础，富勒烯是一种由 60 个或更多碳分子组成的中空分子结构，就像那些美丽的碳球，称为“巴基球'。 这些结构上的纳米级网格非常灵活，可以卷成空心圆柱体，使其成为分子尺度上潜在有用的容器。

石墨烯层、巴基球和纳米管（mstroeck/Wikimedia commons/GFDL）

由于碳元素有四个可用于键合的电子，因此石墨烯片中的每个原子都向分子贡献至少一个未键合电子。 闲置的负电荷有助于赋予材料令人难以置信的导电性和超导特性，这使得它适用于先进的电子产品。

除此之外，它还具有对许多液体和气体的不渗透性以及排斥水的能力，以及令人难以置信的透明度，很容易理解为什么石墨烯被描述为“奇妙的材料'要小心。

石墨烯是如何被发现的？

而石墨的基本结构特性是通过实验确定的20世纪初，第一个关于石墨烯独特化学的真正理论直到 1947 年才被提出，当时加拿大理论物理学家菲利普·拉塞尔·华莱士试图找到解释石墨电特性的方法。

尽管这种材料看起来很有趣，但迫使石墨一次脱落多于几片单片是具有挑战性的。

2004年曼彻斯特大学研究人员安德烈·海姆（Andre Geim）和科斯特亚·诺沃肖洛夫（Kostya Novoselov）设计了一种著名的方法，通过使用透明胶带的粘性薄膜从石墨中剥离石墨烯，从而生产足够数量的研究材料。 他们从此获得诺贝尔奖以表彰他们对这种材料的开创性研究。

石墨烯的未来使用将依赖于更高效的生产方法，这激励研究人员寻找创新的新方式制作大量扁平的二维碳网。

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