石墨烯的独特性能使其成为世界上最受欢迎的材料之一，如果不是炒作，很难想象一个行业技术将会发生改变。

图中显示的是片状石墨烯的结构

　　石墨烯是地球上最薄、最坚固的材料，它的厚度只有一个原子的厚度，其强度是相同质量钢的150倍。一平方米的石墨烯比一张纸还轻1000倍，而且比橡胶更灵活。石墨烯由碳原子组成，其导电效率比硅高出200倍。同时，碳是宇宙中第四大最丰富的元素。自2004年以来，当研究人员首次从普通石墨中分离出单层石墨烯，技术界就给予这种“神奇的材料”很高的期望。由于石墨烯的发现，研究人员在2010年获得诺贝尔物理学奖。
　　从原子尺度来看，石墨烯是一种由碳原子排列成六角形阵列的二维结构。如果你手里拿着一块石墨烯，你会感到它是平展的，且透明度很高。其独特的物理性能使其成为市场上最受欢迎的材料之一。
　　有人预测，石墨烯将取代硅作为电子器件的主要材料，因为它可以使设备的处理速度远远超过穆尔定律，且更轻、更薄、更灵活。另一些人则梦想着石墨烯推动电池的发展，因为它能将当今锂离子电池的能量密度提高很多倍，极大地扩大了电动汽车的使用范围，并在几秒钟内为我们的手机和笔记本电脑充电。
　　在不久的将来，用石墨烯油墨印制的轻量电路可能嵌入到产品包装、衣服，甚至是你皮肤上的临时纹身中。这些廉价而高效的无线回路将驱动物联网，一些充当传感器（想想嵌入到衣服中，来跟踪健康的生物传感器），还有一些作为“智能标签”，将有用的产品信息传送到手机上。石墨烯的强度高，可以用于制造新一代复合材料，这将有助于我们设计更轻、更快、更安全的车辆和飞机。由于石墨烯良好的导电性，可以将简单的涂料涂层转变成热传感器或无线发射器。
　　事实上，如果没有炒作石墨烯，很难想象一个产业技术，将会发生改变，或者是产生显著的影响。Andrea Ferrari是剑桥大学纳米技术教授，剑桥石墨烯中心主任，这个中心主要研究石墨烯的性能和商业应用。他在采访中表示：“你可以继续探索石墨烯的可能应用。”
　　就像宣传者宣传的那样，很难相信，任何单一的材料都将破坏或改变游戏规则。 如果材料科学的历史是一种预测，那么石墨烯将会引发技术创新，包括全新的产品和无法想象的应用，但是我们可能还需要等几年（或者在某些情况下，或许多年）才能看到。
　　“ 所以问题是：我们何时能看到世界上最新颖的材料所生产的产品呢？”

石墨烯纳米材料在石墨烯加工厂的批量样品

　　如果你想购买石墨烯的真实产品，这样的产品还是很少。您可以购买石墨烯加固网球拍，自行车轮胎和摩托车头盔。但是，Graphenea的创始人兼首席执行官Jesus de la Fuente表示，这些产品中少量的石墨烯是为了更好的营销宣传，而不是真正的技术优势，该公司是向学术研究人员和研发部门制造和销售石墨烯的公司。
　　De la Fuente说，石墨烯的第一个广泛的商业应用可能在生物传感领域。虽然不像平板电视和智能纹身一样广受欢迎，但生物传感器是医学诊断和药物治疗过程的关键部分。现代生物传感器内置于可以检测目标分子的最小芯片中。
　　石墨烯具有几个关键特性，使其成为理想的生物传感器。第一个是表面积。对于单层石墨烯，即使是在微小的微米级芯片上，每一个碳原子都暴露在环境中。因为石墨烯导电性很强，所以你可以通过电流来测量电场中电导率的微小变化。
　　石墨烯的生物传感装置已经进入市场。一家名为纳米医学诊断的公司销售手持设备“敏捷R100”，它是基于“场效应生物传感”技术制作的。制药公司在早期测试阶段可以很快地看到一种新药是否达到效果，从而避开了更慢、更昂贵的检测过程。
　　剑桥石墨烯中心的Ferrar对下一代石墨烯生物传感器感到兴奋。由于石墨烯是灵活的，耐用的，完全由碳组成，因此它具有高度的生物相容性，这意味着它可以被引入体内而不会恶化或引发不良反应。研究人员正在研究可以安装在牙齿上以监测呼吸或预测大脑癫痫发作的微小石墨烯传感器。其他人正试图为视力受损的人造石墨烯视网膜。Ferrar说：“因为石墨烯很薄，你可以创建非常薄的回路，这样就可以将其植入眼睛后部，将信息传输给大脑。”
　　在生物传感器之后，电池将成为利用石墨烯独特性能的下一个产品。De la Fuente说，大型全球性公司和小型创业公司正在争相将石墨烯电池推向市场。 这是因为手机，笔记本电脑和电动汽车中的锂离子可充电电池，已经达到了可以储存能量和充电效率的极限。
　　石墨烯是世界上最好的电导体，它可以将锂离子电池的使用寿命增加两倍甚至三倍，同时将充电时间从数小时缩短至数分钟。为了实现电池功率的巨大的提升，研究人员正在试验由纯石墨烯和石墨烯复合材料制成的电池电极。生物传感器和电池只是利用石墨烯生产品的开始。De la Fuente说，目前每年有6万份科学论文与石墨烯有关。
　　“ 石墨烯只是冰山一角，并且才刚刚开始”
　　在研究和技术领域，我们才刚刚开始，这将持续数十年。麻省理工学院的研究人员最近展示了一种由3D印刷石墨烯制成的未来建筑材料，这种材料非常轻巧，只有5％的密度，但强度比钢高10倍。 曼彻斯特大学的研究人员在2004年首次生产石墨烯，并且测试一种石墨烯氧化物分子筛，它可以更加便宜而且高效的从海水中生产淡水。
　　那么，石墨烯的未来发展会有什么阻碍呢？价格是一大障碍。早在2006，石墨烯的生产还处于初期阶段，即使是一小块石墨烯的价格也高得离谱。“我们正在谈论的是数万亿美元每克，”法拉利说。De la Fuente说，自从2010年开始生产石墨烯以来，石墨烯的销售价格每年下降27％。现在单层石墨烯的价格与硅相同，低至每平方厘米50美分。
　　每天都会出现新的，甚至更便宜的的方法制造石墨烯。原来的方法是从石墨中分离出单层石墨烯。接下来，研究人员发现如何使用化学气相沉积方法在实验室中“生长”石墨烯层。 最近，堪萨斯州立大学的一个研究小组偶然发现了一种新方法，即通过点燃氧气和碳氢化合物气体来制造粉末状石墨烯。值得一提的是，随着石墨烯越来越便宜，越来越多，石墨烯将最终取代硅作为我们电脑和电子设备的元件，这将会使机器更薄，且反映速度更快。
　　石墨烯永远不会彻底取代硅，因为石墨烯不是半导体。纯石墨烯片导电性能好，但它不能阻断电子的流动。这就是导体和半导体的区别。将石墨烯用于处理器，肯定需要与其他材料相结合。这将削弱石墨烯的一些能力，但它仍然具有很大的竞争优势。
　　Ferrari说，有大约2,000种其他材料与石墨相同，具有分层结构。现在研究人员知道如何将石墨分离为单层，他们可以采用相同的技术来创建各种新型单层材料，其中一些是优良的半导体。
　　Ferrari说，当这些新材料的单层堆叠并以不同的角度夹在石墨烯层之间时，这种组合是无限的， 石墨烯只是冰山一角，并且才刚刚开始。在研究和技术领域，我们才刚刚开始，这将持续数十年。对于石墨烯的炒作，它适用于任何新的先进材料。在2016年加特纳的半导体和电子技术炒作周期中，行业分析师将石墨烯正好置于“高估预期的高峰”。下一阶段是投资和初步预期的“失望之谷”。 Graphenea首席执行官De la Fuente认为石墨烯在未来一年将进入“低谷”。
　　Ferrari对于石墨烯的命运持乐观态度，而不是盲目的挑战。法拉利说，“没有人知道未来。一切都会结束的。石墨烯具有很大的潜力，但我们至少需要花费10到15年才能实现。我们不知道是否会成功，但我对结果越来越满意。”

　　来源：材料科技在线