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　　2004年，兩位俄裔英籍科學家將石墨烯成功從石墨平分離。石墨烯调集国际上最優質的各種资料品質於一身，假如說20世紀是硅的世紀，奇特的石墨烯則是21世紀新资料的寵兒

　　6月21日，在香港舉行的“石墨烯時代21世紀的奇跡资料”產業化全球高端論壇上，諾貝爾物理學獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫爵士以一場妙趣橫生的講演，將聽眾帶入一個奥妙奇特的科技国际，令人對未來美好日子充滿遥想。

　　看過美劇《日子大爆炸》的觀眾，必定記得主人公“謝耳朵”鑽研石墨烯，致使沉浸其间、不能自拔的情節。雖然該劇播出時，石墨烯研讨没有獲諾貝爾獎，但已是學術界熱點。

　　人們常見的石墨，是由一層層以蜂窩狀有序摆放的碳原子堆疊而成，層與層之間作用力較弱，能够彼此剝離构成薄薄的石墨片。當石墨被剝離到單層、隻有一個碳原子厚度時，所得到的石墨片便是石墨烯。

　　很長時間裡，石墨烯一向被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在。直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中將石墨烯從石墨平分離，才証實了石墨烯能够單獨存在。而這個驚世的開創性實驗，卻被諾沃肖洛夫評價為是“中學生都能够完结的實驗”。

　　2004年，諾沃肖洛夫和他的導師海姆，以鉛筆芯的主要成分——石墨為實驗對象，成功通過機械微應力技術，將石墨分離成較小的碎片，最終得到了石墨烯這種新式超薄资料。當時，兩人領導的研讨小組使用通明膠帶，將一張紙上的鉛筆筆跡進行反復粘貼與撕開，使得石墨片的厚度逐漸減小，最終他們通過顯微鏡在很多的薄片中尋找到了厚度隻有0.334納米的石墨烯，而20萬片石墨烯加在一起，才相當於一根頭發絲的厚度。

　　6年后，海姆和諾沃肖洛夫獲得了諾貝爾物理學獎。當時，諾貝爾獎委員會發言人激動地說，一般諾獎隻獎勵那些已經得到廣泛實際應用的研讨效果，但這一次，委員會強烈認為應當明確認可石墨烯這種有巨大潛能的新式资料。

　　石墨烯的出現在科學界激起了巨大的波瀾，它的出現有望在現代電子科技領域引發一輪革新。

　　對海姆和諾沃肖洛夫研讨的石墨烯，當年的諾獎評審委員會將其稱為“完美原子晶體”。

　　石墨烯是由碳原子緊密摆放而成的蜂窩狀結構，看上去就像是一張六邊形網格構成的平面。這種獨特的二維結構使其具有諸多優異的功用。

　　首要，石墨烯的結構非常穩定，迄今未發現有碳原子缺失的情況。在這種對稱且完美的正六邊形結構中，碳原子之間的連接極其柔韌。當遭到外力時，碳原子面能够彎曲變形，而不用重新摆放來適應外力，因而保証了本身結構的穩定性。測試發現，石墨烯是现在已知的強度最高的物質，其強度比国际上最好的鋼還要高100倍。哥倫比亞大學物理學家做過的一個試驗标明，假如物理學家們能制取出厚度相當於一般食物塑料袋的（厚度約100納米）石墨烯，那麼需求施加差不多兩萬牛的壓力才干將其扯斷。換句話說，假如用石墨烯制成包裝袋，那麼它幾乎能接受一頭亞洲象的分量。

　　其次，石墨烯穩定的正六邊形結構使電子能夠極為高效地遷移。由於電子和原子的磕碰，傳統的半導體和導體（例如硅和銅）用熱的办法釋放了一些能量，现在一般的電腦芯片以這種办法浪費了72%—81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，是现在室溫下導電性最好的资料。

　　此外，石墨烯還具有較高的載流子遷移率，較高的室溫熱導率、超大的比外表積和高通明度等特性。

　　2012年10月，諾沃肖羅夫與其他科學家在《天然》雜志上發表了題為《石墨烯路線圖》的文章，描绘了石墨烯在柔性電子（包含觸摸屏、電子紙、可折疊有機二極管發光器材等）、光子器材、復合资料、能量存儲、傳感、生物醫學等領域的多種應用。

　　被廣泛用於觸摸屏、電子紙和有機發光二極管上的通明導電膜，需求同時具備低外表電阻和高透光率。隨著傳統的氧化銦錫的本钱不斷升高，使用石墨烯制備導電薄膜為發展上述柔性器材供给了誘人的远景。科學家預計，首個石墨烯觸摸屏將會在三到五年內上市，石墨烯電子紙樣品到2015年應該能够研發成功。

　　一般認為，晶體管尺度越小，功用越好。但當遍及採用的硅资料尺度小於10納米時，所制備的晶體管穩定性明顯變差。盡管现在對於石墨烯能否替代硅仍存在爭議，但石墨烯至少能够和硅互為補充，以混合電路的办法擴充芯片的功用。同時由於電子在石墨烯電路中的運行速度遠高於硅，因而石墨烯也是未來開發高頻電子器材的抱负资料。

　　石墨烯具有大的比外表積，優異的電學和光學功用使其成為構筑高靈敏度傳感器的抱负资料，可用於DNA測序、磁場檢測、流速監測和應變測量等。應變測量或许是其间最具競爭力的應用方向。因為石墨烯是现在仅有能够被拉伸達20%的晶體，用石墨烯制備應變測量儀，可顯著进步儀器的作业范圍。

　　超級電容器和鋰離子電池也是石墨烯重要的應用領域。超級電容器是一個高效存儲和傳遞能量的體系，石墨烯擁有大的比外表積、規范的多孔結構、高的電導率和熱穩定性，使其成為最有潛力的電極资料。用石墨烯制備鋰離子電池，能够在添加電極儲能的同時，減少鋰離子的擴散距離，有用进步鋰電池的充放電功率和循環穩定性。

　　中國科研人員發現細菌的細胞在石墨烯上無法生長，而人類細胞卻不會受損。使用這一點石墨烯能够用來做繃帶，食物包裝乃至抗菌T恤。根據其輕薄、堅固的特性，人們不僅能够用其制造出堅韌的防彈衣、超輕型飛機资料，乃至能讓科學家夢寐以求的2.3萬英裡長太空電梯成為現實。

　　盡管石墨烯在眾多領域擁有光亮的應用远景，但實現這些應用的条件是發展大規模、低本钱、大面積、結構與功用可調控的制備技術。

　　在金屬外表催化生長石墨烯，再把它轉移到適合的基底上，就比如在一個足球場上鋪一層薄薄的保鮮膜，想讓它平平整整且无缺無損，難度很大。现在，国际上大約研讨出五六種石墨烯制備办法，但都不完美。

　　微機械剝離法能够制備出高質量石墨烯，但存在產率低和本钱高的缺乏，無法滿足工業化和規模化生產要求，现在隻能作為實驗室小規模制備﹔化學氣相沉積法能够制備出高質量大面積的石墨烯，但本钱較高，工藝復雜﹔氧化還原法工藝較為簡單，但很多制備简单帶來廢液污染﹔溶劑剝離法能够制備高質量的石墨烯，可是產率很低﹔溶劑熱法解決了規模化制備石墨烯的問題，但也帶來了電導率很低的負面影響等等。

　　作為碳納米资料宗族的明星成員，碳納米管在出現伊始，也憑借其特别的結構與優異的光電性質，引起了社會各界的廣泛重視。但十多年過去了，碳納米管在工業中的應用遠不及人們當初的期望。究其原因，是在大規模、低本钱、可操控備方面仍存在較大的困難，這嚴重制約了碳納米管的實際應用。

　　石墨烯在光電性質及應用上與碳納米管非常相似，碳納米管的性質與應用研讨為石墨烯研讨供给了很好的基礎。同樣碳納米管在走向真实工業應用中所遇到的瓶頸，也很有或许會發生在石墨烯身上。

　　近年來，韓國政府積極支撑本國科研機構和公司開展石墨烯技術研發及商業化應用研讨。2007至2009年間，韓國教育科學技術部等部門累計資助了90項相關研讨項目，經費達到1870萬美元。2012至2018年間，韓國原知識經濟部預計將向石墨烯領域供给2.5億美元的資助，其间1.24億美元用於石墨烯技術研發，1.26億美元用於石墨烯商業化應用研讨。

　　2013年，韓國產業互易商货資源部宣告，將整合韓國國內研讨機構與企業力气推進石墨烯商業化發展。包含韓國科學技術院在內的41家研讨機構與6家企業构成石墨烯聯盟。政府將在未來6年投入4230萬美元，幫助企業實現石墨烯的應用產品與相關技術商業化。韓國政府期望以此來打造每年約153億美元的市場，創造3.4萬個就業機會，构成25家全球領先企業，全面推動韓國經濟的發展。

　　在政府的高度重視與支撑下，韓國在石墨烯技術走向市場方面取得了諸多出色的效果。2010年，韓國三星公司和成均館大學的研讨人員在一個63厘米寬的柔性通明玻璃纖維聚酯板上，成功制備出電視機巨细的純石墨烯，並用該石墨烯制造了柔性觸摸屏。2011年，韓國科學技術院的研讨人員使用石墨烯成功研制出大容量、可撓式的超級電容器，有望應用在電動汽車和智能電網等領域。同年，韓國研讨人員，開發出基於石墨烯的柔性有機電致發光器材。

　　盡管歐洲是石墨烯的誕生地，但在石墨烯創新方面，韓國的實力特別不容小覷。根據2013年1月劍橋知識產權署理有限公司發布的報告，韓國的石墨烯專利量居全球第三，達到1160項，遠高於歐洲其他國家，僅次於美國和中國。韓國三星的石墨烯專利量多於国际上任何一家公司，擁有407件石墨烯專利和專利申請。

　　2010年，英國曼徹斯特大學海姆和諾沃肖洛夫教授因在石墨烯研讨領域的出色貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。

　　2011年英國在《促進增長的創新與研讨戰略》中將石墨烯確定為往后重點發展的四項新興技術之一，並宣告將投入5000萬英鎊支撑石墨烯研發和商業化應用研讨，力圖確保英國在石墨烯領域的領先位置，並使這種资料在未來幾十年裡從實驗室進入生產線並最終走向市場。

　　英國推進石墨烯的商業化進程將主要在英國國家石墨烯研讨所進行。該所由英國政府和曼徹斯特大學投資建設。研讨院將会集全英的研讨力气，為學術界、企業界供给协作渠道，以支撑石墨烯技術的前期開發和應用研讨。同時，英國工程和天然科學研讨委員會、英國技術戰略委員會將投入約1000萬英鎊，树立一個以新興技術探究和市場開發為中心的創新中心，努力於開發、應用、探究新的石墨烯技術，以真实實現石墨烯在商業上的應用。

　　2012年12月，英國政府又追加2150萬英鎊資助石墨烯的商業化探究研讨，這筆投資將用於支撑顶级研讨項目以發現石墨烯的日常用处。項目參與機構包含帝國理工大學、劍橋大學、杜倫大學、埃克塞特大學、曼徹斯特大學和皇家霍洛威學院等。

　　這些大學的工業协作伙伴包含芬蘭諾基亞公司、英國BAE系統公司、美國寶潔公司、英國國防科技集團、英國戴森公司、英國羅羅公司、日本夏普公司和荷蘭飛利浦公司等。其间，劍橋大學將開展石墨烯在柔性電子和光電子方面的應用研讨，如觸摸屏等。帝國理工大學將開展石墨烯在多功用涂層、纖維復合资料方面的應用研讨。劍橋大學將和曼徹斯特大學协作探究石墨烯在动力存儲方面的應用研讨，如超級電容器和電池等。美國寶潔公司、英國戴森公司將和杜倫大學协作探究石墨烯復合资料的潛在應用領域。

　　歐洲是石墨烯的誕生地，非常注重在這一領域提早布局。歐盟委員會認為，從長期看，石墨烯资料或许同鋼鐵、塑料一樣重要，有或许替代硅成為信息技術的基礎资料，還或许在动力、交通和醫療領域發揮重要作用。

　　2013年1月，歐盟委員會將石墨烯列為“未來新興技術旗艦項目”之一，10年供给10億歐元資助，將石墨烯研讨提升至戰略高度。

　　石墨烯旗艦項意图任务是讓石墨烯從實驗室走向社會，促進經濟增長並創造新就業。旗艦項目將組成產學研聯盟，涵蓋從资料生產到零件和系統集成的整個價值鏈。從2013年開始，旗艦項目將協調來自歐洲17個國家學術界和產業界的126個研讨組，計劃在30個月內投入5400萬歐元。在項目啟動后將通過公開搜集的办法進一步擴大產學研聯盟，計劃再招引20至30個研讨組，以加強該計劃在工程領域的研讨實力。

　　根據歐盟委員會的決定，石墨烯旗艦項目將由瑞典查默斯理工學院科學家亞裡·基納雷特牽頭，由來自国际各地的研發團隊一起負責實施。戰略咨詢委員會將為項目办理團隊供给支撑。該委員會成員包含三位諾貝爾獎獲得者、空客公司和諾基亞公司的代表以及國際科學界的兩名代表。在三位諾貝爾獎獲得者中，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫因首要分離出石墨烯资料於2010年獲得諾貝爾物理學獎，德國科學家馮·克利青因發現整數量子霍爾效應於1985年獲得諾貝爾物理學獎。

　　該項意图研讨范圍非常廣泛，其间石墨烯的制備是中心。在30個月的爬坡期階段，石墨烯旗艦項目將重點關注信息通訊技術和交通領域，並支撑石墨烯在动力和傳感器領域的應用。

　　雖然现在歐洲一向沒有積極申請專利，但美國德州儀器公司的石墨烯專家路易吉·科倫坡認為，它仍是當今全球石墨烯的研發中心。

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