吕默默

“哇，真漂亮！我得拍照发个朋友圈。”当我们看到新奇事物或者美丽风景，总希望和朋友一起分享，但恰好遇到手机电量不足，该怎么办呢？带上充电宝？不够方便。换大容量电池？现今的手机大多不支持自行更换电池。这时碳家族的“学霸”石墨烯闪亮登场了！对于石墨烯，虽是新材料，却早已不陌生。那么你了解过这位“老朋友？的近况吗？

“全能学霸”石墨烯

石墨烯源于碳家族，这个家族分为两种，一种是碳的化合物，一种是碳单质。纯净的碳单质有金刚石、富勒烯和石墨。而石墨烯是从石墨中剥离而来，是只有一层原子厚度的二维晶体，非常轻薄。举个例子，20万片石墨烯薄膜的厚度加起来也只有一根头发粗细。

石墨烯凭借什么成为“学霸”？我们来做个比较，首先论强度。石墨烯是人类已知机械强度最高的材料，比钢铁还高200多倍。其次是热力学性质，也就是导热，是目前已知导热率最高材料的2.5倍。电子迁移率约为硅中电子迁移率的140倍，温度稳定性高，电导率可比铜或银更低，是室温下导电最好的材料。一门成绩好也就罢了，石墨烯则是门门功课成绩领先！在各种特性上直接碾压了其他材料，不得不说是个“全能学霸”！

充电1分钟，通话20小时

大家肯定听过这样一句广告词“充电5分钟，通话2小时”。如此的充电效率和速率在以往是不能想象的，但与石墨烯复合材料电池相比，这只能算“小菜一碟”。石墨烯復合材料电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速、大量穿梭运动的特性制成。这种电池可以在不到1分钟内充满，满电状态通话时长至少10小时以上，理论上在20小时左右。手机广告中所说的2小时又算什么呢（7所以这样的石墨烯电池是不是手机电池中的“学霸”呢？

近日，中国航发北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心燕绍九博士披露，新型石墨烯锂离子电池研制成功，充电时间仅仅为普通电池的十分之一，寿命更长，电量更足。相信不远的将来，石墨烯手机电池终将走进现实。

将屏幕植入皮肤

石墨烯有着极薄的构造（只有一层原子构造）和非常好的透光性，所以非常适合用来制造柔性屏幕。如今我们使用的手机、平板电脑的屏幕，都非常脆弱，并且不能折叠，柔性屏幕则方便很多。也许以后我们只带一部手机就可以满足大屏的需求，因为手机屏幕可以折叠，展开就是大尺寸的电脑屏幕了，这也是石墨烯未来的发展方向之一。这样还不够方便？科学家利用石墨烯柔性触摸屏轻薄、透光性好的特性，还设计出了可以植入皮肤表面的屏幕。想象一下，当我们抬起胳膊，就可以在手臂上收发微信消息，可以看视频，甚至还可以打游戏，这都和“学霸”石墨烯分不开。

让电动公交车升级

现今最环保、最拉风的汽车是什么？当然是不烧油、不烧气的电动汽车了。目前许多城市的公交车都是电动汽车。但制约电动汽车发展最大的瓶颈是电池或者称为电容器。与我们平时用的手机电池不一样，石墨烯复合材料超级电容器拥有更大的储电容量和更快的充电时间。有多快呢？西班牙某研究组织初步设计出了一款超级电容器，可以在8分钟内充满电。古代形容千里马可以日行千里，这里用了夸张的修辞方法不说，马儿还需要休息，就是吃顿草料也不止8分钟吧。

指甲盖上的电脑

我们平时使用的手机、平板和电脑的核心部件中央处理器（俗称CPU）属于半导体材料，以硅为基础材料的晶体管就是CPU的主要组成部分。通常我们看到CPU上写着“某某纳米技术”，是指CPU上晶体管栅极的宽度，也称为栅长。栅长越短，则在相同尺寸的材料上可以集成更多的晶体管。硅材料的加工极限被认为是10纳米左右，小于这个数值后就不好控制良品率，相对于这一点，石墨烯晶体管可以做到5纳米以下。

英国科学家以石墨烯作为新型半导体材料，开发出世界上最小的晶体管，仅仅1个原子厚、10个原子宽。在相同体积下以石墨烯为材料的处理器可以容纳更多的结构，从而拥有更快的速度和更强大的计算能力。石墨烯晶体管如此逆天的学霸属性，使得CPU的微小化有可能成为现实，能想象一个U盘大小的电脑主机吗？加上石墨烯良好的热传导性，最后还解决了散热问题。以后，指甲盖大小的电脑主机，甚至更微小的可穿戴设备都将成为现实！

别以为就这样结束了，“学霸”还有其他能力呢。以石墨烯为基础材料或者复合材料，加之纳米技术的应用，“学霸”在大规模集成电路、超导、人工肾脏、海水淡化、高效催化体系等方面均有着不可估量的美好前景，甚至有科学家声称石墨烯会引发下一次材料革命。

“学霸”也有弱点

然而，你可能不知道，“学霸”石墨烯也不是完美的，也有不少缺点。

首先是石墨烯的产能。其实，石墨烯生产起来并不困难。最简单的方法你我都可以做到，用两片透明胶带加上高纯度的石墨，一张一合，就能得到不同层数的石墨了。但石墨烯只有一个原子厚度，所以我们还需要再粘，一直得到一个原子厚的石墨烯。

如此操作，效率低下不说，还需要运气。大家能想象一个工厂里大部分工人低头玩胶带粘石墨的情形吗？所以单层的石墨烯生产并没有大型产业化。

第二个缺点则是这位“学霸”的各部分属性只是在实验室得到验证，走向大众化还需要一段时间。就像在学校样样拔尖的“学霸”，一旦离开学校走上社会，究竟发展如何还有待验证。现在就是“学霸”石墨烯即将离校的时代，要想在工作中大显身手，还需要一些时日。

科技使人们的生活更便利，无论如何石墨烯的出现也逐渐改变着我们的日常生活，将来在手机、汽车、清洁能源、房屋建筑等领域，我们都期待看到这位“学霸”的身影。

（责任编辑：司明婧 责任校对：曹伟）