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    無盡的應用：也許有一天……

    2010年，英國曼徹斯特大學海姆和諾沃肖洛夫共同獲得諾貝爾物理學獎，這距離二人從三維石墨晶體中分離出自由的石墨烯二維晶體僅僅過去了6年——這也是歷史上取得成果與獲獎之間最短的時間之一，很多人要在成果問世幾十年后才收到諾貝爾獎的邀請。

    石墨烯是六角型蜂巢結構的單層碳二維晶體。浙江大學高分子科學與工程學系教授高超告訴記者，石墨烯僅有單原子厚，是已知材料中最薄的一種。由于構成石墨烯所有的碳原子都是裸露的，這就使得石墨烯具有很大的表面積。石墨烯片中的碳原子之間柔韌的連接使得它在外力條件下可以保持穩定的結構，正由于這種穩定的晶格結構，石墨烯有著迄今為止最高的力學強度和最高的導熱性能。

    “它的機械強度是世界上最好的鋼的100倍，它有著最快的電子遷移率，同時它還具備已知材料中最快的導熱率以及與銅一樣優秀的導電性。”高超介紹，石墨烯還有著豐富的化學反應性，可以吸附或生長各種小分子或者聚合物分子。

    也許有一天，你會在電視上看到這樣的廣告。“燈，等燈等燈。××電腦采用1.5T石墨烯處理器……”裝備有這種CPU的電腦秒殺現在的各種PC：石墨烯可用以生產頻率更高、發熱量更小、信息量更大的計算機芯片——據估計，屆時芯片處理器的頻率有望達到1THz以上(現在商用CPU最好的為GHz量級，1THz = 1000GHz)。

    也許有一天，你把掌上電腦三折兩疊塞進牛仔褲后兜，這比各種Pad都拉風：石墨烯良好的透明性和導電性可以用來制造大面積的柔性透明電極，使得可折疊的觸摸顯示屏成為可能。

    也許有一天，用石墨烯制備的手機電池，三分鐘就充滿電，能打半個月電話；應用了石墨烯的光調制器，可使網絡速度快一萬倍。

    也許有一天，石墨烯實現了直接快速低成本的基因測序，幾個小時就能測定完你自己的基因序列或者很快就能從基因上鑒定某種疾病；用石墨烯開發了超輕型飛機、防彈衣、輕型汽車，甚至是人類夢想的上萬英里的太空電梯。

    但現在的問題是，我們只能得到最大至厘米級別的石墨烯材料。然后，“如果用于電子器件，就要突破研究高純石墨烯及可控摻雜石墨烯的制備這一瓶頸；如果用于復合材料，還要研究可溶或可加工石墨烯合成及石墨烯表面性質的調控。”高超說。

    石墨烯的潛能超凡，但我們首先要找到開啟其應用的手段。

    長纖維：石墨烯找到用武之地

    科學家們相信，欲利用好石墨烯的特性，可以將這些二維碳納米片有效地排列成宏觀材料——石墨烯纖維。

    “在最近幾年里，人們在石墨烯的基本性質研究方面取得了很大的進展。但在我們的研究之前，人們很難想象怎樣才能將不足一納米厚的石墨烯片變成宏觀的纖維材料。”高超說，“在這一領域，之前的研究都集中在制備石墨烯紙。然而，這一形式的材料尺寸上只有數毫米至幾厘米，而無法像纖維一樣能夠連續制備得到人們想要的長度”。這意味著，此次做出的連續纖維在全世界尚屬首例。

    微小的石墨烯片好比是一張紙，這張紙有強大的物理特性但無用武之地，假如將這種紙一張張縱向摞起來，組成一根非常長的大“繩子”，那么這根“繩”就是上面提到的纖維了。纖維可以紡成線，線可以編成真正的繩子，線也可以織成布。有了繩子和布，石墨烯就有了廣闊的用武之地。只是這種纖維并不一定具備石墨烯那樣的剛性，因為纖維的結實程度取決于其片與片之間的親合力。

    高超介紹說，經過改性和復合，可以形成多系列、多用途的石墨烯纖維，作為一類高性能纖維的基本原料。用這種布料做的衣服可防輻射、抗靜電、抗細菌，乃至制成特種功能服裝如抗腐蝕服、防彈衣及柔性電子器件服裝；強度進一步提高后，這些纖維可制成建筑支撐材料，代替鋼筋等金屬材料搭建輕型房子、帳篷等，也可用于汽車外殼、輕型飛機外殼等，當然還可以很容易做成輕質電纜電線、導電/抗靜電管路、柔性電容器、電池、傳感器等。