“石墨烯”薄片示意图

    魏小丁（左）和李成古（音译）

    法国皇帝拿破仑曾经说过：“笔比剑更有威力”，然而他绝对不会想到铅笔中竟然包含着地球上强度最高的物质！美国哥伦比亚大学两名华裔科学家最近研究发现，铅笔石墨中一种叫做石墨烯的二维碳原子晶体，竟然比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至还为“太空电梯”超韧缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门，能让科学家梦寐以求的23000英里长太空电梯在不久的将来成为现实！

    铅笔中的石墨是由无数只有碳原子厚度的“石墨烯”薄片压叠形成的，石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。自从2004年石墨烯被发现以来，有关的科学研究就从未间断过。然而直到最近，美国科学家才首次证实了人们长久以来的怀疑，石墨烯竟是目前世界上已知的强度最高的材料！

    这一惊人的科学发现是由美国哥伦比亚大学的两名华裔科学家李成古和魏小丁（音译）一起研究得出的，而研究的主要工具之一竟是普通的透明胶带！李成古说：“为了了解石墨烯的强度，我们首先必须从石墨上剥离出一些石墨烯薄片，于是我们想到了透明胶带。”科学家先将“思高牌”胶带粘在一块石墨上，然后再撕下来，接着科学家又将胶带粘到了一块面积只有1平方英寸的硅片上，然后再将胶带从硅片上撕下来，这时数千小片石墨都粘到了硅片上，而硅片上则有数千个肉眼看不见的小孔。

    这时，科学家开始采取高科技手段，将硅片放置在电子显微镜下进行观察，科学家花费数天时间，希望能在硅片小孔上发现合适的单原子厚的石墨烯薄片。一旦科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯可能比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍！

    不过科学家可能仍然需要花费数年甚至几十年时间，才能找到一种将石墨转变成大片高质量石墨烯“薄膜”的方法，从而可以用它们来为人类制造各种有用的物质。

    石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性及电学质量。

    石墨烯是零带隙半导体，具备独特的载流子特性和优异的电学质量。石墨烯独特的电子结构为粒子物理中难以观察到的相对论量子电动力学效应的验证提供了便捷的手段。另外，弯曲石墨烯的量子电动力学现象研究可能有助于解决某些宇宙学问题。

    在纳电子器件方面，石墨烯的可能应用包括：电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管；进一步减小器件开关时间，THz超高频率的操作响应特性；探索单电子器件；在同一片石墨烯上集成整个电路。其它潜在应用包括：复合材料；作为电池电极材料以提高电池效率、储氢材料领域、场发射材料、量子计算机以及超灵敏传感器等领域