最近，科技界又出大新聞：3月5日，《Nature》雜志報(bào)道了來(lái)自22歲中國(guó)科學(xué)家曹原的重要研究，只要將兩層石墨烯旋轉(zhuǎn)到特定角度疊加，它們就可以在零阻力的情況下傳導(dǎo)電子。
這意味著啥？且待小樂(lè)平復(fù)一下激動(dòng)的心情，為你慢慢道來(lái)——
超導(dǎo)體，在導(dǎo)電中幾乎沒(méi)有能量損耗，但需要昂貴的低溫液體維持低溫環(huán)境才能應(yīng)用。如果石墨烯能脫離冷卻液就實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，那不僅能省下昂貴的冷卻費(fèi)，還將在能量傳輸、醫(yī)療掃描儀等相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)革命性變化。
在為中國(guó)少年天才點(diǎn)贊的同時(shí)，你是不是也好奇，這么牛氣的功能，為什么“主角”是石墨烯？今天，小樂(lè)就帶你走進(jìn)石墨烯的神奇世界。
石墨烯是當(dāng)前最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是從石墨中剝離出來(lái)的由一層碳原子構(gòu)成的二維晶體，被公認(rèn)為21世紀(jì)的“革命性材料”。
石墨烯的神奇，讓你難以想象。咱們先說(shuō)說(shuō)導(dǎo)電性。
石墨烯只有一層碳原子，所以不僅結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，而且導(dǎo)電性能更強(qiáng)大。石墨烯的電子運(yùn)行速度能夠達(dá)到1000千米/秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。因此，科學(xué)家有望利用石墨烯制造下一代超高頻電子器件，未來(lái)計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度可以比現(xiàn)在高十倍，甚至上百倍。
這項(xiàng)特性，決定了石墨烯跟電池是天生絕配，在電能儲(chǔ)存領(lǐng)域，石墨烯是耀眼的“明星”。2016年的一場(chǎng)交易博覽會(huì)上，一款石墨烯充電寶吸引不少人眼球，只需10分鐘就可充滿6000mAh的電量。我們可以大膽設(shè)想，未來(lái)有一天，電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用石墨烯電池，只需幾分鐘就能把電充滿，比去加油站加油還方便，那多帶感！
以前我們知道銀是最好的導(dǎo)熱材料，現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯才是導(dǎo)熱界的“扛把子”。它的導(dǎo)熱效能是銀的10倍。優(yōu)異的導(dǎo)熱性可以滿足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、手持終端等大功率高集成系統(tǒng)的散熱需求。
小樂(lè)還記得上學(xué)時(shí)，老師總說(shuō)，金剛石是自然界中最為堅(jiān)硬的物質(zhì)。而如今，石墨烯輕松把金剛石擠下“自然界最堅(jiān)硬物質(zhì)”的寶座。它到底有多硬？這么說(shuō)吧，它的斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。假如我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃芰洗鞘┎馁|(zhì)，那么它就能承受大約兩噸重的物品。
這么堅(jiān)硬的物質(zhì)，卻是超薄超輕、近乎透明的。它的透光率高達(dá)97.7%。厚度只有大約0.3納米，相當(dāng)于一張A4紙厚度的十萬(wàn)分之一。一塊厚1毫米的石墨，就能包含大約300萬(wàn)層石墨烯。如果你用鉛筆在紙上輕輕劃一下，在紙上留下的痕跡就包含了許多層石墨烯。
而且，這么薄的材料，致密性卻很高，最小的氣體原子（氦原子）也無(wú)法穿透。
雖然石墨烯這種物質(zhì)是一直存在的，但是它真正走入大眾視野是2004年。以前大家認(rèn)為，這種只有一個(gè)原子厚度的二維材料，是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，直到英國(guó)的兩位科學(xué)家從石墨中分離出了石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在。他們也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
分離過(guò)程也是蠻萌的。這兩位科學(xué)家從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，并將這種薄片的兩面各粘上一種特殊的膠帶，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，最后科學(xué)家得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片。這就是人類(lèi)最先得到的石墨烯。僅十幾年的時(shí)間，石墨烯就因潛力巨大、適用行業(yè)寬廣，成為當(dāng)前科技界的爆款“網(wǎng)紅”。
當(dāng)然，這么神奇的材料，一向重視科技研發(fā)的各國(guó)軍方肯定不會(huì)忽略它。
小樂(lè)從收集的資料里發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前已經(jīng)有國(guó)家把石墨烯用到了軍用武器裝備上。它可以提高裝備的防護(hù)和隱身性能，2013年就有國(guó)家制備石墨烯基紅外隱身涂層。
在提高傳感器的靈敏度和促進(jìn)微型化方面，石墨烯也有神奇功效。2014年有研究者將石墨烯夾入鏡片之間，構(gòu)建能捕捉可見(jiàn)光和紅外線的傳感器，鏡片可做成比手指甲更小，再與隱形眼鏡結(jié)合，微型紅外夜視鏡、超靈敏探測(cè)器和超薄可折疊顯示屏成為可能。用石墨烯器件制成的計(jì)算機(jī)，其存儲(chǔ)和運(yùn)算能力得到極大提高，在裝備設(shè)計(jì)制造模擬、戰(zhàn)場(chǎng)模擬及情報(bào)分析等方面有著重要意義。
以前常說(shuō)“沒(méi)有金剛鉆，就別攬瓷器活”，以后會(huì)不會(huì)變成“沒(méi)有石墨烯，就別攬瓷器活”呢？石墨烯的神奇特性賦予人們太多的想象空間……