育儿心课堂|石墨烯时代即将来临？超级材料“突围战”开启，中国已抢占先机( 二 ) 从茹毛饮血的原始社会到王权

事实上，早在20世纪初，科学家就开始寻找石墨烯的身影，特别是在X射线晶体学创立后，科学家可以通过X射线来研究晶体中原子的排列顺序，极大的方便了科学家对石墨性质结构的描述和石墨烯的发现。 1918年，物理学家V. Kohlschütter和P. Haenni详细地描述了石墨氧化物质的性质。
Tips：X射线晶体学是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。运用X射线晶体学 [1
可以了解大分子如蛋白质与DNA的结构和功能。
1948年，物理学家发布了用透射电子显微镜拍摄的少层石墨烯（层数在3层至10层之间的石墨烯）图像，这也是最早的石墨烯图像。以上种种发现振奋了科学家们好奇、探索的心理，他们试图开始分离、制造石墨烯。
但是囿于时代的局限和设备的落后，科学家并没有见到梦想中的石墨烯。 2004年，英国曼彻斯特大学与俄国微电子工艺研究所合作共同研究开发石墨烯项目。在两个团队的精诚合作之下，成功分离出了单独的石墨烯平面，这是世界上首个成功的石墨烯分离实验。在分离石墨烯的过程中，曼彻斯特大学家教授海姆与其团队偶然地发现了一种简便的易于操作的石墨烯新型制备方法。
Tips：透射电子显微镜Transmission Electron Microscope ，简称TEM ，可以看到在光学显微镜下无法看清的小于0.2um的细微结构，这些结构称为亚显微结构或超微结构。
他们巧妙地利用了石墨的层状结构特征，将石墨片放在胶带上，用胶带粘住石墨片的两侧，轻轻撕开胶带后，石墨片也一分为二，然后重复进行以上操作使石墨片的厚度越来越小，直到再也无法分离。最后用显微镜在浩如烟海的薄片中寻找到了厚度只有0.34纳米的石墨烯。在海姆及其团队日以继夜、苦心孤诣的专研下，石墨烯从虚幻来到了现实世界，并绽放出璀璨的光彩。
石墨烯的结构与性质
石墨烯是一种由碳原子经SP2电子杂化轨道形成的，是碳元素的一种同素异形体，是碳原子六边形结构组成的二维单层石墨层材料。它可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一堆碳纳米管或者堆垛成三维石墨，它是众多碳质材料的最基本单元。
Tips：碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的一维量子材料。
如果对石墨烯有更深入的了解，人们就有可能依据自己的意愿定向制作某种碳质材料。石墨烯的外观并不是平滑如镜的，在微观上它的表面呈现出一种粗糙性，表面的起伏如同波浪一般。关于这种粗糙性的由来，科学家们猜测这可能是衬底与石墨烯相互作用导致的。
完美的石墨烯结构是二维的，并且只包括六边形结构，可以将其看作是一层被剥离的石墨分子。我们知道碳原子的原子数量是6 ，在电子轨道的排列中， P轨道上没有排满。在石墨烯结构中，碳原子的连接方式是苯环状六边形连接，所以每个碳原子在连接之后会剩下一个P电子，能够在晶体中自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。
Tips：物体传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。
石墨烯有单双多层之分，其中，单层石墨烯厚底为0.334纳米，约为人体头发的十万分之一，而石墨烯的性能也与其层数密切相关。
石墨烯的结构十分稳定，是平面六边形结构。石墨烯内部的碳原子之间的连接十分柔韧，当外力施加在石墨烯上，其碳原子面会弯曲变形，以极其柔韧的身姿来承接外力，使内部的碳原子不必重新排列来抵抗外力的入侵，从而保持结构稳定。这种稳定的结构使石墨烯具有良好的导热性。