石墨烯这个具有"黑金"之称的新材料说它是最热不为过，芯片来一点，速度、效率就能飞跃；导体来一点，可能就能让超导变得容易。但是我们焦急的等待却发现：石墨烯为什么没有普及？瓶颈在哪里？

石墨烯是什么

在说石墨烯之前，我们先来看看一支铅笔，能写字部分是什么？是铅笔芯？不，那是石墨，这里要说下石墨是元素碳的一种同素异形体。有些物质虽然它们是由相同的元素构成的，但是它们表现很不一样，原因是因为分子结构的不同，石墨是每个碳原子的周边连接着另外三个碳原子，排列方式成蜂窝式的多个六边形，以共价键结合构成共价分子，那石墨烯又是什么？

它是一种由碳原子组成的二维碳米材料，石墨烯有三个世界之最：薄、清、强。

这里可以拿头发丝打个比喻，虽然它的厚度是头发丝的二十万分之一，可是它的强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块一平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克，但是可以承受一只小猫咪。

如何制备石墨烯

石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的，只有一层原子厚度的二维晶体，通俗的讲就是切薄了的石墨。

实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层层叠起来就是石墨，厚度为1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。

铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹可能就是几层石墨烯。在被提取出来之前，石墨烯一直被认为是假设性结构，不过2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈盖姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫成功地从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在。

他们用的是最聪明的方法，当然也是最笨的方法，就是用一种特殊的胶带不停的粘丝石墨的表面，最后经过无数次的尝试才提取出人类历史上第一片石墨烯两人，因此也共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。

当然现阶段已经出现了很多种提取石墨烯的办法了，比如机器玻璃法、氧化还原法、外延法，这样一来就大大节省了石墨烯生产的成本问题。

石墨烯能有什么用？

石墨烯目前最有潜力的应用就是成为硅的替代品。我们知道电子芯片的基础材料是硅，然而随着芯片上元器件越来越密集，最高端的芯片上两个元器件之间的距离已经不到10纳米，可以说几乎已经到了硅材料的极限了，如果想要继续提高性能，该如何实现？

目前中国的科研人员已经开始尝试用石墨烯来来制造部分元器件来代替硅的作用，由它制造出来的元器件，理论上它的处理运行速度可以达到硅的10倍甚至上百倍。

另外石墨烯几乎是完全透明的，透明率达到了97%以上，人的肉眼是几乎看不到的，要找到它还是要用技术手段和相应的专业仪器才可以。

石墨烯可以在各个领域大展拳脚，比如在塑料掺入1%的石墨烯，就能使塑料具有良好的导电性；加入1‰的石墨烯，能使塑料的抗热性提高30摄氏度。在此基础上可以研究出薄轻拉伸性好超强韧的新型材料，用于制造汽车飞机和卫星。

韩国已经制造出了由多层石墨烯材料组成的透明、可弯曲的屏幕。当然新能源电池也是石墨烯最早商用的一个重大领域，石墨烯电池利用锂离子在石墨烯的表面面和电极之间快速和大量穿梭运动的特性，石墨烯制造出来的电池充电半分钟，手机就能用半个月充电半小时就可以让电动汽车行驶400公里。

还有它在雷达上面的应用可以大幅提高雷达的分辨率，在通讯成像等系统也都有比较广泛的应用，所以科学家甚至预测石墨烯将彻底改变21世纪，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

我国科学家研究的怎么样？

前段时间被称为"不是后浪是巨浪"的中国科技大学毕业生，在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原，他在一次考察堆叠的双层石墨烯的实验中，把双层石墨烯其中一层相对另一层偏以极小的角度，想看看会发生什么，于是通过微扭造成各种不同的角度，他发现意向在特定角度下（魔角1.1°）导电的石墨烯就变成了绝缘体。

不过后面才是重点，因为他还发现稍微调整一下电场扭曲的双层石墨烯还能变成一个超导体，也就是说石墨烯通过一定的角度可以产生神奇的超导效应，尽管该系统仍需要冷却到绝对0度（-273.15℃）以上1.7度，但结果表明它可能像已知的高温超导体一样导电，这也让物理学家兴奋不已。

据最新的消息，今年的5月6日，曹原与其博导，连发两篇《Nature》文章介绍"魔角石墨烯"研究的新突破。

最新的两篇"背靠背"文章探讨用同样的方法应用于其他二维材料体系，基于魔角石墨烯的一系列发现，有望在未来应用到诸如能源电子、环境科学和计算机产业等领域，24岁的曹原都已经发了两篇Nature，还上了封面，想想24岁的我在干啥，好像是在网吧打游戏。哎，叹息！

石墨烯的瓶颈在哪里？

鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力，世界各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展，然而现在石墨烯的产业化还处在初级阶段。学术界一直对石墨烯有个共同的看法，目前制造石墨烯的成本过高，并且技术方面并不完善。

如果要实现工业化应用，现在还存在很大的困难，好的石墨烯很贵，在成本上经济优势较小，至于石墨烯的瓶颈在哪，其实最大的瓶颈在"无知"，这个"无知"普遍出现在科研成果转向市场化的过程中，实验室成果要想可以做到量产，而业界不愿意投资在基础材料上，这些都是石墨烯无法产业化的原因。

但是石墨烯电池的持续研发已经取得了很大成绩，数据显示，2014-2018年，我国的石墨烯专利数目位居全球首位。仅2018年一年，石墨烯本事专利申请数目就抵达了15349件。华为的石墨烯电池已经研发成功，等待的只是合适的时间和方式。

总结：

石墨烯和现在已经向已经成熟的半导体芯片的制备加工生产行业标准一样迈进，虽然目前市面上打着石墨烯旗号的产品大多是交"智商税"的，但是石墨烯电池的持续研发已经取得了很大成绩，石墨烯方面的只有不断的关注和持续的研发才能有质和量的飞跃。

未来我们可以集中关注在石墨烯电池、新能源汽车可穿戴领域的，如果石墨烯能实现大规模量产，是否打开了一扇新世界的大门，让我们拭目以待。你对石墨烯的技术发展有什么要说的，也欢迎留下你的评论。

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文章部分素材来源西瓜视频"52赫兹实验室"：

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