一般來說，我們形容一個東西很薄很輕我們會說它像頭髮絲一樣。就好比著名的揚州淮揚菜文思豆腐，就是將豆腐切成很細很細的絲狀，像頭髮一樣。所以說在我們的一般認知中，頭髮絲已經是很細很細的東西，但你知道這個世界上還有一種物質
比頭髮絲細20萬倍，但它的強度卻是鋼的100倍
嗎？
這聽起來非常不可思議，因為一般來說，物質和硬度和他的外表以及質量是成正比的。越細的東西越容易被折斷發生形變，以厚重的東西則越難。事實上，這種比頭髮絲細，比鋼硬的物質是真實存在的，它就是
石墨烯
，一種神奇的材料。
要想知道石墨烯為什麼擁有這樣的硬度，卻比頭髮絲還細，我們得先弄明白到底什麼是石墨烯，石墨烯又是怎麼來的。
什麼是石墨烯
石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積從而形成的六邊形蜂窩晶格新材料，換句話說它是一種二維的碳材料，屬於是碳元素的同元素異形體。
石墨烯的分子鍵只有0.142奈米，晶面間距僅僅為0.335奈米。
很多人對於奈米這個單位沒有概念，奈米是一個長度單位，1奈米約等於10的負9次方米，他比一個細菌還要短得多，是4個原子那麼大。反正無論如何，用我們的肉眼是永遠無法看見1奈米的物體的，必須藉助顯微鏡。
奈米技術的發現，為人類帶來了新的發展領域，
石墨烯也是裡面很重要的一個代表技術。
截止到目前，
石墨烯是人類世界已經發現的最薄的化合物
，它的厚度僅僅只有一個原子那麼厚，同時它還是世界上已知的
最輕的材料和導電效能最佳的電導體
。
人類與石墨烯
但是人類與石墨烯的歷史實際上已經持續了半個多世紀，早在1948年就已經有科學家在自然界中發現了石墨烯的存在。只是當時的科學技術水平
很難將石墨烯從單層結構中剝離出來
，所以這些石墨烯都抱團堆在一起，呈現出來的是石墨的狀態，每1毫米的石墨大概包含有300萬層的石墨烯。
但是在很長的一段時間內，石墨烯這種物質都被認為是根本不存在的。有人認為它僅僅是科學家們想象中的一種物質，因為如果石墨烯真的存在，為什麼科學家們無法將他單獨提取出來呢？
一直到2004年，來自英國曼徹斯特大學的科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·沃消洛夫發現了將石墨烯分離出來的辦法。他們發現，如果從高定向熱解石墨中剝出石墨片，然後
將石墨片的兩邊粘在一種特製的膠帶上，再將膠帶撕開，這種方法就可以將石墨片成功分離開來
。
之後只需要不斷重複上述的操作，就能夠使得手中的石墨片越來越薄，最後就能得到一篇只有碳原子構成的特殊薄片，這個薄片上面的物質其實就是石墨烯。而安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃消洛夫也因為發現了石墨烯
獲得了諾貝爾獎
，之前那些說石墨烯根本不存在的人也被狠狠
地
打了臉。那麼石墨烯到底為什麼能呈現這樣的特性呢？
材料之王——石墨烯
石墨烯一經發現，就徹底改變了整個世界科學研究的佈局。因為石墨烯被證明是世界上最薄的材料，1克的石墨烯就已經足夠覆蓋1個標準的足球場了。除此之外，
石墨烯還具有非常良好的導熱、導電效能。
材料純粹的無缺陷單層石墨烯的導熱能力極強，它的導熱係數高達5300W/mk（瓦/米·度：假設材料的單層厚度為1米，且兩邊的溫差為1攝氏度的情況下，這種材料在一個小時內透過1平方米的表面積所能夠傳導的最多熱量。），
是人類已知的導熱係數最高的碳材料。
而當石墨烯作為導熱的載體時，
它的導熱係數也能高達600W/mK
，墨烯的導熱係數已經比之前導熱係數最高的材料還要高出50%。（在石墨烯被發現之前，單壁奈米管被認為是導熱係數最高的材料，它的導熱係數為3500W/mK）
除此之外，石墨烯的導電效能也非常好。石墨烯在常溫下的載流子遷移率可以達到15000㎡/（Vs），
這個效率已經是之前最常使用的材料——矽的10倍之多
。
石墨烯的秘密
在石墨烯的內部構造中，碳原子像鐵絲網那樣進行排列，這種原子的排列結構賜予了石墨烯獨一無二的柔韌性，
它的硬度前所未有的高
。除了碳原子形成的鐵絲網和蜂窩那樣的結構之外，每一個碳原子都垂直於這一層平面的軌道，導致原子形成了可以貫穿原子的大鍵，這也給予了石墨烯
優良的導熱導電效能
。
如何製作石墨烯
一般來說，實驗室中製備石墨烯的方法很多，其中由上文中提到的石墨烯被科學家發現時採用的方法機：機械剝離法。這種方法操作簡單，但是由於生產效率很低，無法運用在批次的機械化生產之中來。
因此科學家們發現了
氧化還原法
，這種方法是透過將硫酸、硝酸等化學試劑加上高錳酸鉀等氧化劑使得天然的石墨髮生氧化反應。而石墨髮生氧化反應，石墨中每一層的結構會變大，在每一層石墨之間加入氧化物就可以得到
氧化石墨
。再將氧化石墨進行水洗並乾燥，就能獲得氧化石墨粉體，將氧化石墨粉體進行
高溫膨脹
就能得到氧化的石墨烯。
這時候就需要對已經獲取的氧化石墨烯進行還原得到石墨烯了，這種方法產量很高，但是由於加入了大量的化學試劑，得到的成品石墨烯的
質量不夠純，不夠優質
。而且在實驗過程中使用了大量的具有危害性的化學試劑，如硫酸、硝酸等強酸，對實驗人員的基礎素養要求較高。
一旦操作不熟練，很容易發生事故
，造成人員受傷或經濟損失。
除此之外，使用氧化還原法所製成的石墨烯，由於石墨烯經過了大量的化學反應，石墨烯在運輸的過程中容易
改性
（這裡改性是指化學性質進行變化），成品的
品質很難把控
。
以上就是使用物理方法和化學方法制作石墨烯的主要方法，可以說隨著石墨烯批次生產技術的不斷革新，石墨烯在我們日常生活各個行業中的運用也越來越廣泛。其中，
新能源、航空航天更是最先將石墨烯投入運用的行業
。
石墨烯的運用
石墨烯的發現不僅僅讓科學看到了各種粒子運動和作用的可能性，更在方方面面改變著我們的生活。
首先是
電池
，新能源電池是石墨烯技術運用的第一塊落腳石。目前我們常用的電池為鋰電池，雖然鋰電池已經足夠儲存大量的電能為我們所用，但是鋰電池的缺點仍然是無可避免的。鋰電池的
磨損過於嚴重
，每一次的使用放電和充電都會使得鋰電池的壽命變得更短。
石墨烯材料的運用
大大提高了電池的容量和充電效率
，同時它對於
提高電池壽命
也有重要的作用。如果將石墨烯氧化錫層作為鋰電池的陽極，那麼電池在充電之後的使用
壽命將會更長
，而且使用和充電的時候電池的
損耗微乎其微
。
這就意味著，石墨烯在電池領域的運用使得電池的壽命會比以前的電池更長，容量也會更高。目前，華為等公司的
石墨烯電池專利已經申請成功
。
除此之外，美國麻省理工學院也宣佈成功研製了一塊電池板，這塊電池板在表面附著這大量石墨烯的奈米塗層，正是這一層的塗層
大大降低了太陽能電池的製造成本
。使得這種帶有石墨烯奈米塗層的太陽能電池板有機會在相機、手機等小型的數碼裝置上使用。
另外，有一個重大領域就是新能源汽車。新能源汽車自面世以來就一直因為續航時間短，充電時間長的問題被人詬病，但是
石墨烯超大容量電池的誕生或許會給出新能源汽車的未來發展方向。
除了電池領域，石墨烯因為其柔軟的特性，也被提出運用在製造
柔性物質
的行業。其中最具代表的就是柔性的顯示屏，韓國的研究所已經成功製造出了柔性的透明顯示屏，這種顯示屏運用了
多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片
。
雖然這個專案目前仍然處於一個發展狀態，沒有真正投入到實際的生產和市場中來，但是根據專案工作人員的設想，或許未來的有一天，搭載著使用石墨烯材料製成的柔性顯示屏的手機會徹底顛覆人類對於手機“板磚”的印象。
手機或許可以像橡皮泥一樣被肆意摺疊。
石墨烯也被用來運用在保護環境的方面，其中最具代表的就是
淡化海水
。要知道，水與石墨烯發生接觸之後會發生作用，從而
形成一個僅僅只有0.9奈米的通道
。
當分子的大小小於這個數值，那麼它就可以輕而易舉穿過這個通道，而那些大於這個數值的
分子就會被卡住
。如果將石墨烯運用在海水淡化的領域，我們人類使用機器加以控制，那麼我們就能成功
將海水中的分子較大的鹽隔開
，從而成功實現海水的淡化。
石墨烯從它誕生到現在，僅僅只有十幾年的時間，但是科學家對於石墨烯的研究以及石墨烯在當前世界的運用領域的探索卻已經獲得飛速的發展。石墨烯由於它優質的效能以及獨特的性質，
在眾多科學領域取得了很多成果
，原有的科學技術成果經過石墨烯的幫助，如虎添翼，發展速度極快。
而我國在石墨烯技術的研究上擁有著其他國家都沒有的優勢，石墨烯的原材料石墨在中國的分佈非常廣泛，儲量也足夠多。得天獨厚的地理優勢使得我國在石墨烯研究和運用的領域已經
成為了世界一流的水平
。
結語
必須要承認的是，石墨烯作為一種新型的材料，仍然有大量的技術難題沒有被攻克。而對石墨烯純度要求較高的一些領域也還沒有真正吃上石墨烯的紅利，但是我們有理由相信，隨著科學技術水平的不斷提高以及對於石墨烯研究的不斷加深，
我們終有一天會看到石墨烯廣泛的運用在各個領域
。換句話說，在不久的將來，石墨烯將會徹底顛覆我們普通人的日常生活。
