號稱“最強材料”,問世16年,為什么石墨烯還沒有席卷全球?
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21世紀，充滿了奇跡的時代，全世界局勢穩定，人類的生活富足而美好，很多人都認為21世紀會是人類科學飛速發展的一個百年，但是21世紀已經過去了五分之一，我們的生活雖然有很大的改變，但是人類的科學似乎沒有太大的進步，人類仍然在探索宇宙，試圖移民火星，可控核聚變仍然是遙遠的50年，似乎一切都在改變，也似乎一切都沒有改變。
本文引用地址：http://www.j9360.com/article/202007/415116.htm物理學已經有80多年沒有根本性的突破，比起20世紀初連續不斷的巨大發現，21世紀過于沉寂，只有“弦理論”這個看似完美，實際上更像是空中樓閣的理論撐場面，很多人感嘆“物理學已死”，難道人類的科學發展真的陷入瓶頸了嗎？
答案當然不是這樣，人類科學一直在有序且快速的發展，之所以很多年沒有重大突破的原因也很簡單，上個世紀眾多科學家的研究已經足夠深入，關于相對論和量子力學的理論足夠人類研究很久，想要真正證實出一個“大一統”理論是不現實的事情，我們不可能每過一百年，就研究出一個顛覆性的理論，科學是需要不斷積累才能突破的。
那么拋開理論物理不談，21世紀對于人類來說，重大的發現有什么？在小編的心中“石墨烯”的發現和利用，或許是最近幾十年來，對人類來說至關重要的發現，但是距離石墨烯于2004被科學家發現證實后到今天，已經16年過去了，號稱顛覆世界的新材料“石墨烯”為什么直到今天還沒有席卷全球？
劃時代的“石墨烯”
2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）他們發現，我們可以用一種特別簡單的方式，改變石墨的分子結構，從而得到一種特殊的材料“石墨烯”，因為石墨烯的珍貴，也被稱為“黑金”。
實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。
這兩位科學家發現，把石墨薄片粘在特殊的膠帶上，撕開膠帶后，就會有一層薄薄的石墨粘在了膠帶上，反復幾次后，就可以得到單層的石墨烯了，這就是獲得諾貝爾物理學獎項的“石墨烯微機械剝離法”。
簡單來說，石墨就是單層原子結構的石墨，它很薄，所以叫石墨“烯，”因為石墨烯具有前所未有的單層分子結構，所以石墨烯具有其他材料無法擁有的特性，在被證實可以簡單的獲得后，引起了眾多科學家的注意，“石墨烯電池”“石墨烯涂料”甚至是“石墨烯面膜”，它成為了可以顛覆人類世界的“最強材料”。
石墨烯是已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。
最薄、最堅硬的納米材料，在光、電、熱、力等方面具有優異性能，可以說，任何領域可以用到石墨烯，它擁有的潛力非同想象，正是因為這種特性，才讓眾多科學家認為，石墨烯足以顛覆世界。
為什么石墨烯“后勁不足”？
石墨烯性能良好，未來可應用領域眾多，但是為什么十幾年過去了，關于石墨烯的口號喊得這么響，我們的生活中卻很少遇到石墨烯呢？甚至傳聞中的“石墨烯電池”也沒有出現呢？
首先石墨烯電池在技術上很難實現，石墨烯確實可以提高充電放電的速度，但是不能提升電池的容量，其次石墨烯和現代鋰電池工廠的并不兼容，同時石墨烯成本高昂，對于現在的廠商和用戶來說，石墨烯只會提高成本和價格，因此石墨烯電池技術是空中樓閣。
材料學對于人類來說十分重要，即使能源才是文明前進的基石，可是沒有足夠強度的材料，我們也無法利用這些能源，例如“核聚變”和“反物質”都需要高強度的材料，甚至在未來人類進行星際旅行時，實現亞光速飛行也需要飛船用高強度的材料制造。
由此可見石墨烯的重要性，可是為什么石墨烯一直不能真正地進入我們生活，代替大部分材料呢？對于石墨烯這樣的新材料來說，重要性是它可以替代的材料決定的，如果被替代的材料原本就被人類廣泛使用，那么石墨烯這種高強度性能良好的新材料出現，就可以讓原本被替代材料的領域得到進步，石墨烯之所以十分重要，是因為石墨烯可運用范圍很廣。
全世界石墨儲存量大約為15億噸，而我國有石墨烯儲存量10億噸以上，科學家認為全世界百分之70以上的石墨礦石都在我國，因此關于石墨烯的研究利用對于我們十分關鍵。
石墨烯沒有大面積普及的原因只有一個“高昂的生產成本”，即使這種新材料的性能多么優秀，但是它的生產成本過高的話，是無法大面積取代原有材料的，并且石墨烯雖然已經出現十幾年，但是對于石墨烯研究更多還是停留在試驗階段，大部分國家關于石墨烯的研究都不能進入真正的量產階段。
石墨烯的火爆是因為兩位科學家依靠這個研究獲得了諾貝爾獎才讓世人如此關注，一種新材料的出現是需要很長時間研究深入，以及很長一段時間留給市場適應接受的，就像是可控核聚變一樣，我們都知道可控核聚變可以改變我們的生活，讓人類進入清潔能源的全新時代，但是關于核聚變的實驗也有一定危險性，即使在未來科學家實現了可控核聚變，也需要很長一段時間才能普及并且投入使用。石墨烯確實是一種可以改變世界的材料，但是我們還無法大量生產它，隨著研究的深入，這個問題可以被我們解決。
為什么石墨烯這么強
那么簡單的了解石墨烯后，相信大家心中會有這樣一個疑問，為什么用膠帶把石墨不斷粘貼后，薄薄的一層石墨烯反而強度更高了呢？
其實這個問題也十分簡單，石墨烯是由碳原子構成的，而碳在我們的生活中十分常見，生活中的“石墨”和“金剛石”都是由碳原子構成的，但是這兩種物質的強度和外在表現卻相差甚遠，這是因為構成這兩種物質的碳原子排列方式不同。
從結構上來看，金剛石的原子排列更具有穩定性，而石墨則是結構穩定性較差，每層原子之間是平行的，這個時候科學家突發奇想，既然石墨這種多層結構十分不穩定，那么我們從石墨中抽出單層的石墨，不就可以得到一種高強度的新材料了嗎？就這樣，石墨烯誕生了，對比石墨來說，石墨烯只有單層的碳原子構成，像是一種“二維材料”，這樣的構造賦予了石墨烯超高的強度，并且石墨烯足夠薄，可以在很多領域運用。
很多時候，真相和突破距離我們很近，靈光一閃后的簡單實驗就可以引導出一個震撼世界的巨大發現，科學從來沒有停滯，人類永遠都在進步！
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