石墨烯：“后硅时代”的新潜力材料

　　石墨烯是一种由碳原子紧密排列而成的蜂窝状结构的二维晶体，看上去近似一张六边形网格构成的平面。它是目前已知最薄的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度，属于纳米材料的一种。

　　2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(AndreGeim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)成功地在实验室从石墨薄片中剥离出了石墨烯，两人因“在二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖。人们发现，它的厚度只有0.34纳米，一片 1毫米厚的石墨片由近300万层石墨烯堆垛而成。

　　石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮，特别是它的独特性能，许多专家称之为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳(C)的世纪”。

　　石墨烯具有超强的导电性，迁移率是硅的100倍。据专家介绍，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射，受到的干扰也非常小。因此电子的运动速度超过了在其他金属单体或半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300。

　　石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜铝等金属的数十倍，这使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。石墨烯还具有比金刚石还坚硬、是钢铁100倍的机械强度，以及可拉伸折叠的柔韧性和优异的透光性，透光率达到97.4%。

　　此外，石墨烯具有极高的比表面积，理想的单层石墨烯比表面积能够达到2630平方米每克，而普通的活性炭的比表面积为1500平方米每克，这使得石墨烯可成为潜力巨大的储能材料。

　　应用前景广阔

　　刚诞生不久的石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料，在触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域拥有广阔的应用前景，一旦量产将成为下一个万亿级的新兴产业。

　　“目前从全世界范围来看，石墨烯都属于前沿研究，材料的研发仍处于初级阶段，离大规模应用尚存在一段距离，但这并不意味着遥遥无期。”南京大学电子科学与工程学院教授王欣然说，最先进入市场的应该是手机、平板电脑等终端上的石墨烯触摸屏，预计2年后就可以上市。而由石墨烯做的光电探测器、太阳能电池等光电器件也将于2015年逐步进入市场。但是，要求更高、工艺更为苛刻的高频电路、逻辑电路则在更远的将来才能走向市场。

　　中国科学院院士高鸿钧也表示，石墨烯在未来电子器件上具有诱人的应用前景，被看作是石墨烯研究最可能突破、实现产业化的领域，成为国际上的研究热点和竞争焦点。

　　据媒体报道，日前，中科院重庆绿色智能技术研究院已经成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯，其尺寸达到了国内最高水平。中科院重庆研究院目前已经在铜箔衬底上生长出15英寸的均匀单层石墨烯，并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底表面。通过进一步加工，还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。将石墨烯触摸屏贴在一台普通笔记本电脑的显示屏上，用手写笔可在屏幕上写字。

　　在储能领域，石墨烯有望在锂离子电池和超级电容器发展上大显身手。石墨烯优异的导电性能和柔韧的二维层状结构，可以提高锂离子电池和超级电容器的充放电速度、循环稳定性和安全性，有可能达到几分钟甚至几秒钟充满电，这样的石墨烯锂电池在消费电子、电动汽车和储能领域具有很大市场。

　　此外，用石墨烯制成的散热薄膜可应用到智能手机、平板电脑、LED照明、LCD电视等超薄大功耗电子产品。功能化的石墨烯材料在生物医药、生物诊断和食品加工等领域也有极高的应用价值。