石墨烯（Graphene）是一種二維碳材料，在2004年由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈．海姆和康斯坦丁．諾沃肖洛夫，在實(shí)驗(yàn)中成功從石墨中分離出石墨烯，兩人也因「在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)」為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的奈米材料，導(dǎo)熱系數(shù)高，且為世上電阻率最小的材料。被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子組件或晶體管，也適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽(yáng)能電池。
石墨烯是由一層碳原子形成的薄片，由碳原子組成一個(gè)個(gè)六角形的環(huán)，環(huán)環(huán)相連形成蜂窩狀平面。這是目前世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料。一層石墨烯的薄度小于一個(gè)納米，肉眼看不見也摸不著，20萬(wàn)片石墨烯加在一起，才有一根頭發(fā)絲那么粗。
能想象手機(jī)不必?cái)y帶行動(dòng)電源，只要出門前充電5秒，電量就可以使用長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月嗎？這樣的技術(shù)在石墨烯的幫助下未來(lái)將可以實(shí)現(xiàn)。目前全球已有超過(guò)200個(gè)機(jī)構(gòu)和1000多名研究人員從事石墨烯研發(fā)，然而中國(guó)在石墨烯研發(fā)上，目前已申請(qǐng)超過(guò)2200項(xiàng)專利，占世界的3分之1。
西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)也與西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池，其儲(chǔ)電量是目前市 場(chǎng)最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到10分鐘。不過(guò)，這項(xiàng)消息還有待官方證實(shí)。
Graphenano公司計(jì)劃于2015年將此電池投入生產(chǎn)，并且計(jì)劃與德國(guó)四大汽車公司中的兩家(現(xiàn)在還不方便透露公司名稱)將在本月和電動(dòng)汽車進(jìn)行試驗(yàn)。
這種石墨烯聚合材料電池的使用壽命較長(zhǎng)，是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，鋰電池的兩倍。且因石墨烯的特性，此電池的重量?jī)H為傳統(tǒng)電池的一半，使得裝載該電池的汽車更加輕量化，進(jìn)而提高汽車燃油效率。
雖然此電池具有各種優(yōu)良的性能，但其成本并不高。Graphenano公司相關(guān)負(fù)責(zé)人稱，此電池的成本將比鋰電池低77%，完全在消費(fèi)者承受范圍之內(nèi)。此外，在汽車燃料電池等領(lǐng)域，石墨烯還有望帶來(lái)革命性進(jìn)步。
燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。與其他電池相比，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。「質(zhì)子傳導(dǎo)薄膜」是燃料電池技朮的核心部分，汽車中的燃料電池使用氧和氫作為燃料，轉(zhuǎn)變輸入的化學(xué)能量成為電流。
現(xiàn)有的質(zhì)子薄膜上常存在燃料泄漏，降低了電池有效性，但質(zhì)子可以較為容易地「穿越」石墨烯等二維材料，而其他物質(zhì)則很難穿越，從而可以解決燃料滲透的問(wèn)題，增加電池的有效性。
石墨烯薄膜可用于提取大氣層中的氫，暗示著該材料結(jié)合燃料電池更容易從空氣中提取氫。麻省理工學(xué)院的Karnik教授在評(píng)論中指出這項(xiàng)最新研究證實(shí)該在理論上已經(jīng)達(dá)到美國(guó)能源部設(shè)定的2020年質(zhì)子交換膜輸運(yùn)性能目標(biāo)。
這項(xiàng)突破性研究，為人類認(rèn)知石墨烯等材料特性帶來(lái)全新發(fā)現(xiàn)，并有望為燃料電池和氫相關(guān)技朮領(lǐng)域帶來(lái)革命性的進(jìn)步。
利用石墨烯聚合材料生產(chǎn)出來(lái)的汽車電池，有望達(dá)到這樣驚人的效果：只充電幾分鐘，就可以讓汽車連續(xù)開行1000公里。這種技術(shù)在西班牙、韓國(guó)等地，都接近于實(shí)現(xiàn)突破。
但這僅僅是石墨烯的神奇應(yīng)用之一。據(jù)稱，石墨烯材料如果取代硅，有望讓計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度快數(shù)百倍；石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產(chǎn)品的革命，制造出可折疊、伸縮的顯示器件；石墨烯強(qiáng)度超出鋼鐵數(shù)十倍，有望被用于制造超輕型飛機(jī)材料、超堅(jiān)韌的防彈衣等。
采用石墨烯技術(shù)可以讓手機(jī)屏幕變得彎曲、折疊
最后總結(jié)一下：石墨烯到底是什么東西？它其實(shí)是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料。