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石墨烯
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图1.蜂窝状的碳薄片(图片来源：诺贝尔奖基金会网站)
瑞典当地时间10月5日，2010年诺贝尔物理学奖揭晓，英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在制备二维空间材料石墨烯方面的突破性实验获得殊荣。至此，距离实验成功仅仅6年的石墨烯以不同以往的形式向世界展示了其独特所在。
2004年，海姆和诺沃肖洛夫首次发现石墨烯并将研究成果发表在美国《科学》杂志上。在实验中，海姆和诺沃肖洛夫利用透明胶带把石墨表层粘掉，用透明胶带粘住薄片的两侧，并不断地粘起、撕开，就可以得到更薄的石墨薄膜，直到最后出现单分子层。这种方法被叫作透明胶带技术。
石墨烯是单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，只有一个原子厚度，可以说是严格意义上的二维材料。这种“超薄的碳膜”厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。石墨烯也是至今发现的强度最高的材料。强度高是因为它虽然薄到极致却非常致密，即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它。它的结构非常稳定。迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。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。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。
1 石墨烯的特性
石墨烯这种材料很独特，因其厚度只有单个原子，因此是严格意义上的二维材料。不同于普通的三维材料，因为受到维度上的控制，石墨烯会显示出限制效应，尤其是量子的限制效应，这就导致很多新的物理现象的出现。
① 超强导电性
石墨烯最大的特性是其中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。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”的性质和相对论中的中微子非常相似。电子遇到势垒时能发生量子遂穿效应，量子电动力学预言电子波能100％地出现在势垒另一侧。
② 超强硬度
石墨烯的硬度比钻石还要硬，强度比世界上最好的钢铁还要强100倍，是目前最薄最硬的材料。
③ 良好导热性
另外，石墨烯还有一定的不透光性，可以吸收大约2.3％的可见光。
2 潜在应用
诺贝尔奖评审委员会认为，石墨烯可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。
石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳米电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。在信息领域，石墨烯被认为可以作为替代传统半导体材料的新材料，科学家们也已经着手研究。目前，一些原型器件已经做出来，但以后是否能大规模集成，还需要科学家去努力。
石墨烯在信息领域的另一个应用是成为信息载体。因为石墨烯是具有自旋量子效应的特殊材料，与高温超导体、磁性材料相比，更容易获得和使用。石墨烯中有很多较为独特的量子效应，比如量子霍尔效应在其他材料体系中要得到，需要非常苛刻和极端的环境条件，而石墨烯在普通环境下就可以有量子霍尔效应，是很完美的一种材料。
在能源领域，石墨烯还可以用作电极材料。石墨烯是理论上最薄的材料，可用作透明导电膜的制造。
石墨烯材料光的透过率在可见波段大于97%，导电性能也非常好。这样一来，石墨烯就可以与稀有且昂贵的氧化铟锡(ITO)相竞争，而氧化铟锡普遍用于有机LED(OLED)显示器透明电极中。美国斯坦福大学研究人员曾表示，石墨烯可以提供成本更低、更薄、速度更快的替代方案，与ITO相比，石墨烯的电子迁移率较高，能把电极做得更薄、更透明，导电性也更好。这些优势大大有利于超薄柔性OLED显示器的开发。 据了解，韩国三星公司的研究人员已经制造出由多层石墨烯和玻璃纤维聚酯片基底组成的透明柔性可弯曲显示屏。
石墨烯用作透明导电膜的各项参数已经达到标准，是很有前途的产业方向。不过，石墨烯用在高频器件上的研究还很少，据了解，美国军方已经投资几十亿美元在石墨烯高频器件研制上。
此外，石墨烯用来做传感器也是很重要的一个产业方向。用石墨烯来做传感器，不同于一般材料，石墨烯的原子都在表层上，信号的灵敏度可以提高几个数量级。并且由于碳原子的键长是自然界最短的键长，因此结构非常稳定。石墨烯是做化学、生物传感器非常好的材料。
不可否认，石墨烯是未来非常有潜力的材料。它不仅可以开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、可以制造出超坚韧的防弹衣，甚至还使“太空电梯”缆线的制造成为可能。
文中有借鉴别人之语句，找不到原文了，望相关作者见谅。
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