上星期一，除了NXP和Freescale兼并的音讯震动业界外，还有一条新闻备受重视——“2015年3月2日，全球第一批3万部量产石墨烯手机在重庆发布”。“据音讯称，这款石墨烯手机，核心技能由中国科学院重庆绿色智能技能研讨院，和中国科学院宁波资料技能与工程研讨所开发，选用最新研发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜等新资料，在屏幕显现、电池续航才能以及避免手机发烫方面有必定优势。”(石墨烯手机初次量产的背面)
在上一年，华为公司创始人任正非也在一次采访中大赞石墨烯的远景。
“我以为这个年代将来最大的推翻，是石墨烯年代推翻硅年代，可是推翻需求有继承性开展，在硅年代的成功佼佼者最有期望成为石墨烯年代中的佼佼者。边缘时机仍是硅年代的抢先公司。不或许彻底随便出来一个小公司，然后就领导了年代脉息，而且石墨烯这个新技能在国际上的开展也不是小公司能做到的。”
那么，石墨烯终究有何奇特之处，以至于各界都在追捧?下面咱们一同来了解石墨烯究竟是什么?
石墨烯由碳原子构成的原子标准蜂巢晶格结构 图片来历：维基百科
石墨烯是什么?
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨迹组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只要一个碳原子厚度的二维资料。石墨烯一向被以为是假定性的结构，无法独自安稳存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中别离出石墨烯，而证明它能够独自存在，两人也因“在二维石墨烯资料的开创性实验”为由，一同获得2010年诺贝尔物理学奖。[1]
虽然姓名里带有石墨二字，但它既不依托石墨储量也彻底不是石墨的特性：石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来奇特资料的风仪。假如再把它的潜在用处开个清单——维护涂层，通明可弯折电子元件，超大容量电容器，等等——那简直是改动国际的创造。[2]
石墨烯现在是世上最薄却也是最巩固的纳米资料，它简直是彻底通明的，只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超越15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体(monocrystalline silicon)高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为现在世上电阻率最小的资料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因而被等待可用来开展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。因为石墨烯实质上是一种通明、杰出的导体，也适宜用来制作通明触控屏幕、光板、乃至是太阳能电池。
更多的描绘[1]
石墨烯的碳原子摆放与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp2杂化轨迹呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)摆放构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所构成的原子网格。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨)+-ene(烯类结束)。石墨烯被以为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯的结构十分安稳，碳碳键(carbon-carbon bond)仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的衔接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不用重新摆放来习惯外力，然后坚持结构安稳。这种安稳的晶格结构使石墨烯具有优异的导热性。别的，石墨烯中的电子在轨迹中移动时，不会因晶格缺陷或引进外来原子而发生散射。因为原子间效果力十分强，在常温下，即便周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子遭到的搅扰也十分小。
石墨烯是构成下列碳同素异形体的根本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包含六边形(等角六边形);假如有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会一同构成富勒烯。
石墨烯卷成圆桶形能够用为碳纳米管;别的石墨烯还被做成弹道晶体管(ballistic transistor)而且招引了大批科学家的爱好。在2006年3月，佐治亚理工学院研讨员宣告，他们成功地制作了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干与效应，并依据此效果，研讨出以石墨烯为基材的电路。
石墨烯的面世引起了全国际的研讨热潮。它是已知资料中最薄的一种，资料十分结实巩固，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。
它诞生至今都十年了，但通明手机在哪呢?[2]
其实就在2012年，因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和他的搭档曾经在《天然》上宣布文章评论石墨烯的未来，两年来的开展也根本证明了他们的猜测。他以为作为一种资料，石墨烯“出路是光亮的、路途是弯曲的”，虽然将来它或许能发挥严重效果，可是在战胜几个严重困难之前，这一场景还不会到来。更重要的是，考虑到工业更新的巨大本钱，石墨烯的优点或许不足以让它简略地代替现有的设备——它的真实远景，或许在于为它的独特特性量身定做的全新运用场合。
制备办法[1]
在2008那年，由机械剥离法制备得到的石墨烯乃国际最贵的资料之一，人发截面标准的细小样品需求花费$1,000。渐渐地，跟着制备程序的规模化，本钱下降许多。现在，公司行号能够以公吨为计量单位来生意石墨烯。换另一方面，生善于碳化硅外表上的石墨烯晶膜的价钱首要决议于基板本钱，在2009年大约为$100/cm2。运用化学气相堆积法，将碳原子堆积于镍金属基板，构成石墨烯，浸蚀去镍金属后，转化堆积至其它种基板。这样，能够更廉价地制备出标准达30英伎淼氖墨烯薄膜。
诺沃肖洛夫团队捐赠给斯德哥尔摩的石墨、石墨烯和胶带。胶带上的签名“Andre Geim”便是和诺沃肖洛夫一同获得诺贝尔奖的人。图片来历：wikipedia
撕胶带法/细微冲突法
最一般的是微机械别离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上取舍下来。2004年，海姆等用这种办法制备出了单层石墨烯，并能够在外界环境下安稳存在。典型制备办法是用别的一种资料膨化或许引进缺陷的热解石墨进行冲突，体相石墨的外表会发生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺陷是此法运用冲突石墨外表获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其标准不易操控，无法牢靠地制作长度足供运用的石墨薄片样本。
碳化硅外表外延成长
该法是经过加热单晶碳化硅脱除硅，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。详细进程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的样品在高真空下经过电子炮击加热，除掉氧化物。用俄歇电子能谱确认外表的氧化物彻底被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，然后构成极薄的石墨层，经过几年的探究，克莱尔·伯格(Claire Berger)等人现已能可控地制备出单层或是多层石墨烯。在C-terminated外表比较简单得到高达100层的多层石墨烯。其厚度由加热温度决议，制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
金属外表成长
取向附生法是运用成长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下进入钌，然后冷却，冷却到850℃后,之前吸收的很多碳原子就会浮到钌外表，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质外表，终究它们可长成完好的一层石墨烯。第一层掩盖8 0 %后，第二层开端成长。底层的石墨烯会与钌发生激烈的彼此效果，而第二层后就简直与钌彻底别离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片体现令人满意。但选用这种办法出产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。别的彼得·瑟特(Peter Sutter)等运用的基质是稀有金属钌。
氧化减薄石墨片法
石墨烯也能够经过加热氧化的办法一层一层的减薄石墨片，然后得到单、双层石墨烯 。
肼复原法
将氧化石墨烯纸(graphene oxide paper)置入纯肼(Hydrazine, N2H4)溶液(一种氢原子与氮原子的化合物)，这溶液会使氧化石墨烯纸复原为单层石墨烯。
乙氧钠裂解
一份于2008年宣布的论文，描绘了一种程序，能够制作到达公克数量的石墨烯。首先用钠金属复原乙醇，然后将得到的乙醇盐(ethoxide)产品裂解，经过水冲刷除掉钠盐，得到黏在一同的石墨烯，再用温文声波振荡(sonication)振散，即可制成公克数量的纯石墨烯。
切开碳纳米管法
切开碳纳米管也是制作石墨烯带的正在实验中的办法。其间一种办法用过锰酸钾和硫酸切开在溶液中的多层壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes)。别的一种办法运用等离子体刻蚀(plasma etching)一部分嵌入于聚合物的纳米管。
石墨的声波处理法
这办法包含涣散在适宜的液体介质中的石墨，然后被超声波处理。经过离心别离，非胀大石墨终究从石墨烯中被别离。这种办法是由Hernandez等人初次提出，他得到的石墨烯浓度到达了0.01 mg/ml在N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone, NMP)。然后，该办法首要是被多个研讨小组改进。特别是，它得到了在意大利的阿尔贝托·马里亚尼(Alberto Mariani)小组的极大改进。Mariani等人到达在NMP中的浓度为2.1mg/ml(在该溶剂中是最高的)。同一小组宣布的最高的石墨烯的浓度是在已陈述的迄今在任何液体中的和经过恣意的办法得到的。一个比如是运用适宜的离子化液体作为涣散介质用于石墨剥离;在此培养基中获得了十分高的浓度为5.33mg/ml。
近期的一些运用
依据石墨烯的柔性显现器(Flexible Display 可挠式显现器)[3]
文/Paul Buckley
剑桥石墨烯中心(Cambridge Graphene Centre， CGC)和Plastic Logic公司日前声称初次将石墨烯(graphene)运用到依据晶体管的柔性设备中，此举将敞开完结彻底可穿戴及柔性设备的时机。
这两个安排之间的协作伙伴联系让剑桥石墨中心(CGC)在石墨烯范畴的专业常识可与Plastic Logic为柔性电子产品所早已开发完结的晶体管和显现处理制程能够彼此结合。此一原型产品是第一个能够阐明这样的伙伴联系将怎么加速石墨烯商业开发的比如，为将更多石墨烯和类石墨烯(graphene-like)资料运用到柔性电子的开展迈出了第一步。
该原型是一自动式矩阵电泳显现器(active-matrix electrophoretic display)，与如今电子阅读器运用的屏幕相似，但它是由可挠式塑料制成，而不是玻璃。与传统的显现器比较，该显现器的像素电子器件，或背板(backplane)，包含了一溶液处理过的(solution-processed)石墨烯电极，它代替了Plastic Logic公司传统设备中的溅镀金属电极层，一同对产品和制程都带了优点。
石墨烯比像是氧化铟锡(ITO)的传统陶瓷式代替方案具有更佳的柔性，也比金属膜具有更佳的透通性。这种超柔性的(ultra-flexible)石墨烯层让许多产品得以完结，包含可折叠的电子产品。石墨烯也可用溶液来处理，然后带来了选用更高效印刷及卷对卷(roll-to-roll)制作办法所具有的固有优势。
每英寸有150个像素的背板是以Plastic Logic的有机薄膜晶体管(OTFT)技能在低温下制成的。石墨烯电极在溶液中沈积，随后再以微米标准特征做出图样(pattern)，然后完结背板。
关于此一原型而言，背板结合了电泳成像薄膜，可开发具有超低功率和耐用性佳的显现器。未来的展现或许会将液晶显现器(LCD)和有机发光二极管(OLED)技能归入，以完结全五颜六色和视频的功用。轻盈可挠的自动式矩阵背板可用来感测，而新颖的数字医疗成像和手势辨认运用现已在开发中了。
剑桥石墨烯中心主任Andrea Ferrari教授解说说：“ 咱们很快乐看到咱们与Plastic Logic公司的协作，获得第一个运用在其像素电子中的石墨烯所做成的依据石墨烯之电泳显现器之效果。对完结彻底可穿戴且灵敏的设备而言，这是很重要的一步。此一效果稳固了剑桥石墨烯技能的群集，并展现了在帮忙将石墨烯从实验室带进到工厂的开展方面，有用的产学协作在其间所所扮演的关键性人物。”
Plastic Logic公司的CEO Indro Mukerjee说：“石墨烯的潜力是众所周知的，但工业的制程工程现在要求要将石墨烯从实验室带进到工业界，这次的展现彰显出Plastic Logic在此一开展趋势的抢先地位，而此一开展趋势将很快就能够完结新一代的超可挠式，或乃至是可折迭的电子产品。”
此一方案是由Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC)及EUs Graphene Flagship所一同赞助的。
为调查大脑活动供给更佳视界的通明传感器[3]
文/Amy Norcross
在美国国防部高档研讨方案局(DARPA)的牢靠神经接口技能(Reliable Neural-Interface Technology ，RE-NET)方案的支助下，一组由美国威斯康星大学麦迪逊分校研讨人员所组成的团队已开宣布一种“看不见的(invisible)”植入式医疗传感器数组，这种数组将不会阻止对大脑活动的调查。
依据最近一篇刊载在Phys.org上的文章指出，“神经信号的电气监控和影响是研讨脑功用的一种仅有能够依托的技能，而运用光子(photons)而非电子的新式光学技能为神经网络结构的可视化及大脑功用的探究，敞开了新的关键。电气和光学技能具有显着的互补优势，假如两者一同运用，将可对在高分辨率状况下的大脑研讨，供给深远的效益。但是，要将这些技能结合起来，却是一件极具挑战性的作业，因为传统金属电极技能太厚(>500奈米)，让光无法穿透，使它们无法与许多光学办法兼容。”
威斯康星大学麦迪逊分校生物医学工程和神经外科教授Justin Williams表明： “神经植入技能的一个圣杯是咱们很想有一种植入式设备，而它不会与任何传统的印象确诊发生搅扰。传统的植入技能看起来像是点的正方形，你看不到在它下面的任何东西。咱们想做出一种通明的电子器件。”
传统的金属电极的技能(左上)会阻止神经安排的视界。由DARPA的RE-NET方案所赞助开发的新的石墨烯传感器技能是能够导电的，且只要4个原子厚，比现在的触点薄数百倍(上中)。这种极薄的厚度使简直一切的光能够穿越很宽规模的波长。放置在一块与安排形状相符的柔性塑料里衬上之传感器(下方)是概念验证东西的一部分，它展现出了更小、更具透光性的触点，且可一同运用电气和光学办法来对神经安排进行丈量与影响(右上)。数据源：DARPA。
因为石墨烯的弹性和柔软性，以及其杰出的导电功用，让它被选来当作新传感器的资料。且它对生物体系也是无毒的。威斯康星大学麦迪逊分校电气和计算器工程教授Zhenqiang (Jack) Ma指出，对资料的要求是要够薄且够巩固，才能在体内的环境下存活。放置在一块与安排(底部)形状相符的柔性塑料里衬上之石墨烯，“可在通明度、强度和导电率之间获得最佳的平衡” 。这款石墨烯传感器只要4个原子厚，这种极薄的厚度使简直一切的光能够穿越很宽规模的波长，从紫外线到深红外线(deep infrared)。
DARPA的项目经理Doug Weber 表明，“这项技能展现出了将大脑中神经网络活动可视化和量化的潜在打破才能。一同以大规模及快速的速度对电活动进行丈量，并供给神经元网络解剖的直接可视化和调变的这种才能，可对大脑结构和功用之间的联系供给前所未见的洞察力，更重要的是，能够调查到这些联系是怎么跟着时刻而开展，或遭到损害或疾病的困扰。”
该技能的运用包含神经体系、心脏监护，乃至是隐形眼镜(contact lens)。威斯康星大学麦迪逊分校的团队在与伊利诺伊州芝加哥大学的研讨人员协作的状况下，便开宣布了一款隐形眼镜的原型，这款原型包含了几十个看不见的传感器，能够用来检测视网膜受损的状况。伊利诺伊州芝加哥大学也在开发一种青光眼前期确诊的办法。
神经疾病与中风研讨所的神经工程方案总监Kip Ludwig表明，另一个通明传感器可为其带来效益的运用范畴是神经调理医治，有愈来愈多的医师会运用神经调理医治来对高血压、癫痫与帕金森氏病病患进行操控症状、康复功用及舒缓病痛。他说：“虽然在这些疾病的神经调理临床实验上能够见到明显的改进，但咱们对这些疗法是怎么运作，及咱们对改进现有或寻觅新医治办法的才能，仍处于前期的阶段。”
Ludwig弥补指出，关于直接调查身体怎么发生电信号，以及它怎么对外部发生的电信号发生反响，研讨人员现在的才能是有限的。他说： “通明的电极(clear electrode)与前进的光遗传学和光电压探针技能的结合，将可使研讨人员将那些生物机制阻隔开来。这种基础性的常识可对现有神经调理医治的大幅改进和找出新的医治办法，发生催化的效果。”
