材料新贵石墨烯

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2013年8月，剑桥大学的安德烈亚·费拉里博士发布了一项最新研究成果。他拿着一块透明的塑料，将其弯曲，然后像弹钢琴一样轻按它，这块塑料就发出了音乐声。原来这块塑料上有一个隐形键盘，这个键盘是用石墨烯电路打印而成的，其超强的柔韧性将可能实现把电话和电子报纸折叠放入口袋的梦想。

石墨烯，这种硬度为钢的200倍、厚度仅为一个原子直径的神奇物质引发了全球科学家们的“淘金热”。有业内人士如此评价：“如果20世纪是硅的世纪，石墨烯则开创21世纪的新材料纪元，将给世界带来巨大变化。”

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是目前世界上最薄、最坚硬、最强韧的纳米材料。它有多薄？石墨烯只有0.34纳米厚，粗略估计一下，一根头发丝的直径，大概等于十万层石墨烯叠加起来的厚度，所以用肉眼是看不见它的。它有多硬？如果物理学家能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛顿的压力才能将其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。它有多强韧？如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，吊床本身重量不足1毫克，只相当于猫的一根胡须，却可以承受一只猫的重量。

它也是已知的最轻的导体之一，几乎完全透明，只吸收2.3%的光，就可以让电子触摸屏的亮度达到最佳。常温下，石墨烯电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。

比起易碎的硅，石墨烯易弯曲且可拉伸，因为石墨烯的结构非常稳定，其内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构也使石墨烯具有优秀的导热性，导热系数高达5300W/m·K。过去，人们认为钻石的热导率最高，但是石墨烯的热导率是它的2倍。而且石墨烯是目前世界上电阻率最小的材料，导电性是铜的100万倍，它甚至违背了“热胀冷缩”的原理，会随着温度的升高而缩小。

怎样得到石墨烯？

石墨烯一直被认为只是假设性的结构，无法单独稳定地存在。直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地用“微机械剥离法”在实验中从石墨中分离出石墨烯，观测到其形貌，证实它可以单独存在。微机械剥离的方法其实极为简单，把石墨薄片粘在胶带上，把有黏性的一面对折，再把胶带撕开，这样石墨薄片就被一分为二。通过不断地重复这个过程，片状石墨越来越薄，最终就可以得到一定数量的石墨烯。

石墨烯的应用

根据石墨烯强度超大、超薄的特性，它可广泛运用于各个领域，如超薄超轻型飞机材料、像羽毛一样轻的飞船外壳、超轻的防弹衣等。根据其优异的导电性，它有可能会成为硅的替代品，在微电子领域具有巨大的应用潜力。如用石墨烯能制作出几乎不发热的芯片，用来生产超级计算机。而石墨稀更快的电子迁移率，可以使未来的计算机获得更快的速度。这种二维的碳会给世界带来巨大改变，但改变到底有多猛烈、多深远，还没人知道。

（选自《知识窗》2014年第3期，有删节）

阅读思考

1.通读文章第三、四段，并为这两段拟一个合适的小标题。（填在文中横线上即可）

2.文章第三段中的画线句子主要运用了什么说明方法？在文中起什么作用？

3.请根据选文，简单地概括出石墨烯的特征。