石墨烯

石墨烯（Graphene）又稱單層石墨，是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料。是由碳原子按六邊形晶格整齊排列而成的碳單質，只有一個碳原子厚度的二維材料。是世上最薄且最堅硬的奈米材料，也是世上電阻率最小的材料。

 

2004年，由英國曼徹斯特大學物理學家安德烈-海姆和康斯坦丁-諾沃謝洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在。由於碳原子間的作用力強，即使經過多次的剝離，石墨烯的晶體結構依然相關完整。

 

石墨烯各個碳原子間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，如此一來，碳原子就不需要重新排列來適應外力，這也保證了石墨烯結構的穩定，使石墨烯比金剛石還堅硬，同時可以像拉橡膠一樣進行拉伸。 這種穩定的晶格結構還使石墨烯具有優秀的導電性。

 

石墨烯特殊的結構形態，使其具備世界上最硬、最薄的特質，同時也具有很強的韌性、導電性、導熱性，是世界上導電性最好的材料，導電性優於金屬銅，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。石墨烯不僅可以用來開發制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣，甚至能讓科學家夢寐以求的2.3萬英里長太空電梯成為現實。

 

石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發生散射。 由於其原子間作用力非常強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或電晶體。由於石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來製造透明觸控螢幕、光板、甚至是太陽能電池，未來還可應用於航天、光學、儲能、生物醫藥、日常等等領域。

 

2010年，荷籍學者海姆（Andre Geim）與英籍諾沃謝洛夫（Konstantin Novoselov），因發現世界上最薄的材料石墨烯（graphene，又稱單層石墨），而成為本屆諾貝爾物理獎得主。兩人還對該物質進行突破性實驗，可望研發出導電速度極快的電晶體。 他們透過實驗分離石墨薄片後，得到僅由一層碳原子構成的「單層石墨薄膜」，且讓該物質首度在常溫下即可看見。他們花了不到6年的時間，就證實了石墨烯比鑽石還強硬，且硬度比鋼強100倍，延展性可達20%。

 

由於石墨烯特殊的生成條件也使成為一種寶貴的不可再生資源，目前全球只有中國大陸、巴西、斯里蘭卡等少數國家發現並且仍未範圍性開採石墨礦藏。 中國石墨資源豐富，全球已探明石墨礦物儲量3.7億噸，中國就佔了1.5億噸（其中晶質石墨1億噸、隱晶質石墨0.5億噸），儲量及產銷量均居全球首位。