石墨烯：最薄最硬的“未来材料”

用 石墨制得的 石墨烯堪称人类目前已知的强度最高的物质，发展前景令人神往。它不仅可以开发制造出薄如纸片的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣，甚至还能为“太空电梯”缆线的制造打开希望之门。但其前提是必须先解决宏量、可控制备的技术问题。中科院化学所朱道本院士指出，获得大面积、均匀的石墨烯，是石墨烯制备中尚未攻克的难点。通过探索苯类化合物在一定条件下的开环反应合成石墨烯，最有可能率先获得突破。

　　学科交叉创新空间大

　　如何制备结构精确可控的石墨烯，是打破其应用瓶颈的关键。中科院金属所成会明研究员提出，利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略，可以宏量制备出单层、双层和三层的高质量石墨烯。他的课题组利用电泳沉积方法，已经制备出表面均匀致密的单层石墨烯薄膜。这种石墨烯薄膜具有优良的场发射特性、低开启电场和阈值、良好的场发射稳定性和均匀性。

　　中科院化学所的王朝晖研究员正考虑用化学合成法制备石墨烯, 从而解决高质量石墨烯的可控制备、石墨烯结构和物性的调控以及石墨烯材料的应用研究等多个关键问题。

　　“作为近几年飞速发展起来的一种碳 纳米材料，石墨烯的研究才刚刚起步，有大量的科学问题等待我们去研究。这是一个创新空间很大的全新领域，更是一个前沿交叉领域，有待不同领域科学家的协同努力。”朱道本对记者说。

　　国内探索步步为营

　　当前，我国科研人员正在石墨烯领域开展积极探索。随着其各种特性被陆续发现，相信不久的将来就可以投入大批量、低成本的工业化生产。

　　中科院物理所王恩哥研究员等采用剥离-再嵌入-扩张的方法，成功制备出高质量石墨烯，并通过LB（单分子或多分子层）膜组装技术制成大面积的透明导电膜，对石墨烯的大规模应用具有重要意义。2009年，中科院化学所的研究人员探索出一种制备图案化石墨烯的方法，并成功将其应用于有机场效应晶体管电极。

　　还是在2009年，中科院电工所马衍伟研究员等采用对苯二胺还原氧化石墨纳米片的方法，成功制备出高稳定性有机溶剂分散的石墨烯材料，并采用电泳沉积法获得了高导电性的石墨烯薄膜。此方法制备的石墨烯分散性能好、产率高、导电性能好且成本低，有望应用于超级电容器和复合功能材料等领域。

　　此外，中科院兰州化物所也于今年5月制备出石墨烯薄膜，满足了实际应用中低能耗、低成本和高产量的要求。

　　高频应用或率先突破

　　2006～2008年间，石墨烯已被制成弹道输运晶体管和平面场效应管，引起了研究人员的兴趣。业内人士认为，石墨烯很可能首先应用于高频领域，如太赫兹微波成像等。此外，凭借其很高的导电性和透光性，还可用于透明电极、触摸屏、液晶显示、有机光伏电池以及超级电容器等领域。

　　中科院数字与系统科学研究院的计算结果表明，石墨烯的理想强度为110～121GPa，意味着这是人类已知的最为牢固的材料，可作为添加剂广泛应用到高强度复合材料之中。石墨烯的厚度只有0.335纳米，最突出的特性是电子传输速度极快，还具有很高的化学稳定性和热力学稳定性，有望取代硅在电子产品生产过程中得到广泛应用。

　　西南科技大学材料科学与工程学院专家表示，基于石墨烯的电路或许要到2025年之后才会出现，在此之前硅电路还会占据主导地位，但前景无疑是乐观的，因为石墨烯片的边缘尺寸基本没有限制。专家乐观地表示，仅仅在10年前， 碳纳米管的长度还不足1微米，现在已经可以制造出几厘米长的纳米管了。可以预见，同样的结果也会出现在石墨烯上。