自21世紀以來石墨烯已經成為新型材料的研究重點，許多科學家都對石墨烯有著濃厚的興趣，也相繼研發出了不同型別的石墨烯概念產品，我們先用一個實驗解開石墨烯是什麼。

鉛筆裡面裝有一根軟石墨棒，軟石墨棒是由牢固結合的原子層組成的一種碳，這些原子層通過範德華力非常脆弱地結合在一起。當沿著紙張拖動鉛筆時，石墨薄層會被摩擦下來並留在上面。

所以，我們看到的就是一個原子厚度的超薄石墨層。像這樣的鉛筆書寫或標記中都有少量的石墨烯斑點，但它們只有一個原子的厚度，所以這樣的石墨層就是我們所聽到的石墨烯！

石墨烯與石墨、鑽石之間的關聯

在物理課本中我們知道碳有2中截然不同的形式存在，即同素異形體，分別是石墨（常見於鉛筆筆芯）和鑽石。令人神奇的是，這兩種根本不同的材料都是由相同的碳原子結合而成。

那麼，石墨為什麼不同於金剛石呢？這是因為石墨是由其他材料與石墨混合在一起，而鑽石則是由單一的碳原子組成的物質，所以在純度上比石墨更堅固。如果我們在書本上學的這些止步於此，那就沒有了石墨烯的出現了，也正是孜孜不倦的探究精神，在1985年人們發現額碳的另一種同素異形體-富勒烯，由60個碳原子的橄欖球狀籠子製成，直到2004年將平坦的碳原子捲曲製成直徑為1奈米的超薄空心管和鼓狀石墨烯。

石墨烯是什麼

觀察許多熟悉的固體材料，我們會發現：許多原子排列成規則的，無休止的重複三維結構，只而原子之間沒有看不見的結合，它們不是結合在一起，而是固定在一起。鑽石和石墨都具有三維結構，儘管它們是完全不同的：在鑽石中，原子緊密地結合在三維四面體中，而在石墨中，原子緊密地結合在二維層中，二維層固定在這些層上相對較弱上方與下方。

圖左：鑽石具有基於重複四面體的堅固三維體系。紅色斑點是碳原子，灰色線是將它們連線在一起的鍵。（鍵是不可見的，但我們可以這樣繪製它們，因此我們可以更輕鬆地對其進行視覺化。）

圖右：基於緊密結合的六邊形層，石墨的結構要弱得多。這些層在範德華力的作用下彼此薄弱地相連。

而石墨烯是單層石墨。它的晶體結構是二維的。換句話說，石墨烯中的原子是平坦放置的，就像桌子上的檯球一樣。就像在石墨中一樣，每一層石墨烯都是由碳的六邊形“環”製成的，從而呈現出蜂窩狀的外觀。由於這些層本身只有一個原子高度，因此需要堆疊約300萬個才能將石墨烯製成1毫米厚！

所以擁有一個原子厚度石墨烯註定是很輕的一種物質，很顯然我們可以把1克的石墨烯分佈開來，足足可以覆蓋1個足球場大小的面積，儘管沒有人這樣做過，但我們可以做一個計算，如果將石墨烯覆蓋整我們的國土面積，也只需要2000噸而以。

石墨烯的特點

強度：石墨烯比鑽石的硬度更強！石墨烯被認為是迄今發現的最堅固的材料，比鋼強200倍。值得注意的是，它既僵硬又有彈性，因此您可以將其拉伸到驚人的程度（原始長度的20％到25％）而不會斷裂。那是因為石墨烯中碳原子的平面可以相對容易地彎曲而不會分裂。我們可以使用這一特徵用其製造複合材料，用於汽車製造，以及其它用途，可以更環保更節能。

電導率：石墨烯電池大家肯定聽說過，它就是利用了石墨烯的電導率，因為石墨烯的扁平六邊形晶格對電子的阻力相對較小，電子可以快速，輕鬆地通過電子，甚至比一些超導體載流效能都更好，根據其超好的防滲透特質與體積結構，電池將做的更小，存電量更多，相比普通鋰電池更具環保性。

電子特性：電導率只是以相對粗糙的方式將電從一個地方“運送”到另一個地方。石墨烯可以搭載操縱帶電的電子流，如果處理器用上了石墨烯，電子像光子一樣穿過石墨烯，速度更快，或許我們能更快速的發展到6G時代。

光學性質：通常，一種物體越薄，它越可能是透明的，石墨烯也一樣，只有一個原子厚的超薄石墨烯幾乎完全透明，它的透光率約97-98％的光率。但是我們要記住石墨烯也是一種神奇的電導體，我們可以結合這一性質，製作出既是窗戶玻璃有能發電的環保材料了。

石墨烯的未來

儘管石墨烯的這些特徵已被證實，但是還需要解決很多技術難題才能投入生產使用，可以肯定的是石墨烯是一種環保節能材料，對我們的環境有著莫大的提升與改造，相信不久的將來一大部分是石墨烯參與的格局。對此看法你有什麼見解呢？