关于石墨烯，你所不知的那些事

奥秘

1.石墨烯，作为目前地球上已知的最薄，强度、导电导热性能最强的新型纳米材料，又被称为“黑金”，是有“新材料之王”之称的奇迹材料，可以用于太空旅行，甚至染发。石墨烯是单层石墨，原子排列呈蜂巢晶格状六边形。

2.石墨烯具有极大的灵活性和强度，并且因为它是二维的，所以电流可以快速通过，是已知导电性能最强材料之一。石墨烯也可以作为超导体，这意味着电流能够以零电阻通过。这是英国剑桥大学研究人员的发现，通过将石墨烯与被称为镨铈氧化铜的材料偶联来激活该效果。

3.为什么超导材料很重要？因为将来它们可以提供无限的能量，因为它们并不总是需要补给电流的。研究人员说：“超导领域的梦想是让你的电脑或手机持续工作而不消耗能量。你只需要充一次电，就可以忘记充电这件事，因为在整个生命周期内设备将不需要再次充电。”

4.2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出了石墨烯，证明石墨烯可以单独存在。仅仅6年之后（2010年），俩人因此成就获得了2010年诺贝尔物理学奖。同样在这短短的时间内，世界各地的研究人员发表了5000多篇相关的论文。

5.实际上，石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。毫无疑问，你或者你的孩子已经用石墨烯写过很多文字了。石墨烯一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。

6.石墨烯还有什么其他的用途呢？过滤水。2018年1月，研究人员利用碳晶格创造了一种廉价有效的太阳能净水器和海水淡化器，可将海水和污水转化为饮用水。

7.比钻石强度大的防弹衣，可能只有一个原子厚。石墨烯是已知宇宙中强度最高的材料之一，强度是钢的100倍。佐治亚理工学院的研究人员最近发现，两层外延石墨烯薄膜（只有两层原子石墨层）可以承受钻石尖端的穿孔。它有望发展成为超薄的防弹衣。

8.2016年，在欧洲影响最大的科学节日——城市科學节期间，英国汽车公司Briggs发布了首台车身采用石墨烯材料制成的汽车，名为BAC Mono。外观上，BAC Mono看起来像是一台方程式赛车，只有一个不带风挡的座位。石墨烯材料的应用使得车身重量减少了20%，强度却是传统钢材的200倍。石墨稀未来将成为制造汽车的理想材料。

9.未来涂漆：试想一下，如果能够在建筑物表面涂一层特殊的涂层，当它感觉到建筑物的底层结构需要修理时就会改变颜色，那该多便捷。这一设想已由德国莱布尼茨聚合物研究所的研究人员用智能石墨烯涂层实现，该涂层通过改变颜色来指示断裂。石墨烯薄片以一定的角度放置在建筑物表面，如果建筑物受损，它们会反射红光、黄光和绿光。

10.革命性的扬声器：为了产生声音，普通扬声器通过来回移动（或震动）而在空气中产生压力波。石墨烯最终可能会提供一种不同的方法，从而取代现有的笨重音响系统。来自英国埃克塞特大学的研究人员，已经展示了如何用石墨烯制造一种非移动的固态音频设备。他们使用的方法是，让石墨烯以非常高的速度周期性地改变空气的温度，从而产生可听频率的声音或者更高的超声频率声音。

11.智能健康监控：伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员发现，石墨稀可以帮助检测癌细胞。在实验中，他们将从小鼠身上取出的脑细胞放到石墨烯片上，发现它能够区分单个癌细胞（成胶质细胞瘤或GMB细胞）和正常细胞。得克萨斯大学奥斯汀分校的其他研究人员也创建了基于石墨烯的临时文身，它能够跟踪人体的生命体征，如皮肤温度和水合作用。

12.由于具有高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也极为突出。2014年，美国国家航空航天局开发出了能够应用于航天领域的石墨烯传感器。这种传感器能很好地对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行有效检测。

13.石墨烯有一天可以让我们在太空中自由航行，但这个诱人的前景也充满挑战。因为当石墨烯变为多层时，它会失去许多性能，包括柔韧性和高导电性。研究人员试图通过制造比单个石墨烯层更厚但仍保持其特性的石墨烯“海绵”来解决这一问题。但后来发生了奇怪的事情，当研究人员将激光对准石墨烯“海绵”时，它会移动。在随后的实验中，研究人员还发现可以用光推进、旋转甚至悬浮石墨烯“海绵”。在2015年的《自然光子》杂志上，研究人员解释说，阳光或中等激光束会使石墨烯“海绵”甩掉一股刺激物质的激发电子，有朝一日可能成为推动轻型飞船进行太空旅行的理想选择。石墨烯在超轻型飞机材料等的潜在应用上也将发挥更重要的作用。但在2016年，有评论家声称石墨烯“海绵”的轻质推进实际上可能受到了实验中高度控制环境的影响，而这种情况在太空环境中是不可再现的。事实上，关于石墨烯用途的许多提议尚未变为现实。

14.2018年3月，研究人员宣布，染头发用石墨烯染料而非氨或其他化学物质，可以实现很好的锁色效果而不渗透或伤害皮肤和头发。不过，批评者指出，我们对这种材料知之甚少，无法确保直接接触后对人的身体和环境是安全的。

15.2016年，对石墨烯和类似纳米材料的毒性研究的审查结果好坏参半。一些实验表明，吸入或摄取这些物质会对小鼠和其他动物造成相当大的内部伤害。但是这些注意事项并未阻止研究人员尝试将石墨烯送入你的家中，甚至可能是你的肚子里。2018年2月，一个团队宣布，他们在烤面包和椰子等食物的表面成功地用激光制造出了石墨烯图案。

在激光的作用下，面包局部表面的碳水化合物会首先转化成无定型碳（这一步倒确实算是“烧煳”），接下来再向石墨烯结构转化。同样的技术在多种富含碳的常见材料上都可以进行，比如纸、布、椰子壳和土豆上。

那么，在面包表面制造石墨烯有什么用呢？鉴于石墨烯良好的导电性，研究者认为，或许可以用这种方法在食物表面加入电子标签或者传感器。比如说，传感器可以告诉你食物是否被致病细菌污染，或者它是否处于合适的保存温度。石墨烯潜在的应用很多，但实验室外的任何用途都需要数年时间来进行验证。