“中国是石墨资源大国，也是石墨烯研究和应用开发最活跃的国家之一。中英在石墨烯研究领域完全可以实现“强强联合”。相信双方交流合作将推动相关研究和开发进程，令双方受益。”这是2015年10月23日国家主席习近平在参观英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院时作了以上讲话。

 

　　距离习近平参观斯特大学国家石墨烯研究院仅仅过去了一天，华为便宣布与曼彻斯特大学石墨烯研究中心签署合作协议，共同开发ICT领域的下一代高性能技术。该项目合作期初定为两年，研究如何将石墨烯领域的突破性成果应用于消费电子产品和移动通信设备。

 

　　石墨烯究竟是什么？竟让习主席如此关注

 

　　你一定想象不到，其实在普通铅笔里就藏着石墨烯！石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料。换句话说，铅笔芯用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在了一起，只要能把铅笔芯分离得够薄，就能得到石墨烯。

 

　　从化学成分看，石墨烯与钻石一样，本质都是碳。但由于石墨烯的单层碳原子之间相互连接成稳定的六角网格，所以这种极薄的材料既柔韧又坚固：可以弯曲到很大角度而不断裂，并抵抗很高的压力，从而被称为“全世界最硬”的材料。

 

　　美国机械工程师杰弗雷·基萨教授曾用一种形象的方法解释石墨烯的强度：如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上才能办到。

 

　　石墨烯只有一层碳原子，非常非常薄，这就使得它在可见光下呈透明但又不透气的状态。加上一层原子的结构构成使得电子运动被限制在同一平面，这让石墨烯具备了全新的电学属性。研究物理的朋友简单地向我们解释说，就是把石墨做成层层的超薄纳米材料，现在应用得最多的是在电池上。

 

　　这种超薄纳米材料，有特别好的导电性、导热性，还很轻薄，并有一个超大的表面积。据《世界报》消息，西班牙一家石墨烯生产公司同西班牙一所大学合力研究出石墨烯聚合材料电池，这种电池有非常好的存电性，它的储电量有可能是市场上最好产品的3倍。使用这种电池的电动车可以最多行驶1000公里，而充电时间还不到8分钟。

　　石墨烯是如何被发现的？

 

　　石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。那么它是如何被发现的呢？

 

　　石墨烯墨烯最早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。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，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

 

　　作为目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。据相关专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

　　石墨烯的应用领域有哪些？竟引得各巨头争抢

 

　　华为今天宣布与曼彻斯特大学石墨烯研究中心签署合作协议同样引起业界的关注，但华为绝非第一家对石墨烯虎视眈眈的巨头。三星和苹果也早早在石墨烯领域展开竞争，希望尽早推出使用石墨烯材质的产品。与此同时，其他领域的巨头也在争相拓展石墨烯的应用空间。10月9日，中国中车株机公司宣布，自主研制的新一代大功率石墨烯超级电容问世。据悉，全新的超级电容利用石墨烯的特质，功率提升了3倍，电能运用效率更高。

 

　　业界认为，根据石墨烯的特性，电子纸、触摸屏、燃料电池、飞机机翼、净水科技等众多领域都有应用前景。那么石墨烯可以应用在哪些领域呢？

 

　　根据2014年中科院发布了一份关于石墨烯的报告指出石墨烯的主要集中在如下四个领域：

 

　　传感器领域。石墨烯因其独特的二维结构在传感器中有广泛的应用，具有体积小、表面积大、灵敏度高、响应时间快、电子传递快、易于固定蛋白质并保持其活性等特点，能提升传感器的各项性能。主要用于气体、生物小分子、酶和DNA电化学传感器的制作。新加坡南洋理工大学开发出了敏感度是普通传感器1000倍的石墨烯光传感器;美国伦斯勒理工学院研制出性能远超现有商用气体传感器的廉价石墨烯海绵传感器。

 

　　储能和新型显示领域。石墨烯具有极好的电导性和透光性，作为透明导电电极材料，在触摸屏、液晶显示、储能电池等方面有很好的应用。石墨烯被认为是触摸屏制造中最有潜力替代氧化铟锡的材料，三星、索尼、辉锐、3M、东丽、东芝等龙头企业均在此领域作了重点研发布局。美国德州大学奥斯汀分校研究人员利用KOH对石墨烯进行化学修饰重构形成多孔结构，得到的超级电容的储能密度接近铅酸电池。密歇根理工大学科学家研发出一种独特蜂巢状结构的三维石墨烯电极，光电转换效率达到7.8%，且价格低廉，有望取代铂在太阳能电池中的应用。东芝公司研发出石墨烯与银纳米线复合透明电极，并实现了大面积化。

 

　　半导体材料领域。石墨烯被认为是替代硅的理想材料，大量有实力的企业均开展了石墨烯半导体器件的研发。韩国成均馆大学开发出了高稳定性n型石墨烯半导体，可以长时间暴露在空气中使用。美国哥伦比亚大学研发出石墨烯-硅光电混合芯片，在光互连和低功率光子集成电路领域具有广泛的应用前景。IBM的研究人员开发出了石墨烯场效应晶体管，其截止频率可达100GHz，频率性能远超相同栅极长度的最先进硅晶体管的截止频率。

 

　　生物医学领域。石墨烯及其衍生物在纳米药物运输系统、生物检测、生物成像、肿瘤治疗等方面的应用广阔。以石墨烯为基层的生物装置或生物传感器可以用于细菌分析、DNA和蛋白质检测。如美国宾夕法尼亚大学开发的石墨烯纳米孔设备可以快速完成DNA测序。石墨烯量子点应用于生物成像中，与荧光体相比具有荧光更稳定、不会出现光漂白和不易光衰等特点。石墨烯在生物医学领域的应用研究虽处于起步阶段，但却是产业化前景最为广阔的应用领域之一。

 

　　这就能解释为什么任正非早早就看中了石墨烯产业。任正非曾公开表示过：“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已临近边界了，石墨烯是技术革命前沿”。试想，如果华为的手机用上了含有石墨烯的触摸屏、芯片、充电器，不仅能运行更灵敏，重量和设计也能更轻更薄。

　　石墨烯的未来前景

 

　　曼彻斯特大学国家石墨烯研究所是石墨烯研究和商用的领先机构，推动学术界和产业界共同研究石墨烯的应用。目前，已有40多家企业与曼彻斯特大学的235名研究人员合作开展石墨烯和相关二维材料的研究。英国国家工程和物理科学研究委员会和欧洲区域发展基金分别出资3800万英镑和2300万英镑建立了曼彻斯特大学国家石墨烯研究所。

 

　　而我国石墨烯成本已经从1000元/斤下降至100元/斤，石墨烯制备水平也不断成熟，这为我国石墨烯产业化与规模化发展打下了重要基础。

 

　　前瞻产业研究院提供的《“十二五”期间中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》显示，我国已申请了2200多项石墨烯专利技术，数量达世界石墨烯专利的1/3。国内产业分布中，我国已形成以江苏省(常州、无锡、南京等地)为中心，宁波、青岛、重庆、德阳、河北、北京等地活跃分散发展的格局。预计在政策与企业研发不断释放利好的前提下，2015年我国石墨烯产业规模有望突破100亿元，并在5至10年内快速突破1000亿元。

 

　　2015年以来，A股有10家公司先后宣布成立石墨烯研究公司、参与研究项目、就石墨烯项目进行投资等事项。预计在政策利好下，石墨烯产业将迎来新一轮投资热潮。