石墨烯及其应用前景

高荣伟

2004年，英国科学家在实验室中从石墨上剥离出石墨薄片，并重复操作，最终得到仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。

石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，厚度仅0.335纳米，相当于头发丝的二十万分之一，硬度却是同等规格钢材的200倍，被材料学家亲切地称为“黑金”。不仅如此，石墨烯还抗菌，有优良的透光性能。石墨烯的这些特性赋予了这种新材料独特的地位，受到了众多科学家的青睐，刚一面世，就引发了全球范围内的研究热潮。

就储藏量来看，中国拥有的石墨烯资源十分丰富。不仅如此，中国在石墨烯技术研发领域也处于领先地位，不仅开发了许多新用途，而且申请了为数众多的专利。据统计，当前中国石墨烯专利数量全球领先。

据媒体报道，中国“90后”学者曹原近年来因其在石墨烯领域的科研成果，屡屡登上全球顶尖学术期刊。2018年3月，《自然》连刊两篇论文，报道石墨烯超导的重大发现，第一作者就是曹原，他也成为该杂志创刊以来年龄最小的来自中国的第一作者。曹原发现，当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度时，会产生神奇的超导效应。曹原的发现解决了困扰物理界多年的难题，轰动了国际材料学界，开辟了凝聚态物理的全新领域。

2019年3月，天津大学封伟教授领导的科研团队经过不懈努力，通过含氟自由基切割单壁碳纳米管，在世界范围内首次制备出单层石墨烯纳米带。从技术角度讲，这是材料学界科研人员首次用一步法获得单层石墨烯纳米带。值得一提的是，这种制备方法的发现意味着中国科学家突破了西方数十年的技术封锁，意义非凡。

目前，世界上第一条规模化的石墨烯生产线已在中国诞生。中国石墨烯产业化应用不断取得突破，在世界领跑，产业格局初具雏形。不过，目前我国石墨烯产业发展面临着产业链上下游之间沟通不畅的问题，关键领域的核心技術有待进一步突破。

石墨烯作为近年来备受关注的新型材料，应用前景十分广阔。利用石墨烯的特性，半导体产业、光伏产业、航天产业、军工产业等领域都将迎来革命性的技术进步。目前，石墨烯在新兴产业的应用主要集中在新能源、电子信息、生物医药等领域，各国竞相投入研究，以发挥石墨烯高导电、高导热、高强度等优异性能。

随着石墨烯大尺寸、批量化生产等难题被逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐逐步加快。如今，世界各国都在积极布局这一有望改变未来的领域。

据媒体报道，美国、欧盟、韩国、日本的众多企业和研究机构投入了大量人力、财力从事石墨烯的基础研究和应用开发。目前，石墨烯的市场规模不断扩大，发展态势良好，石墨烯行业正处于产业化突破的前夕。从应用前景来看，石墨烯的潜在应用价值还有待深入开发。