021年1月15日，一則關(guān)于新型電池“8分鐘可充滿80%”的海報(bào)把“石墨烯”送上了輿論的風(fēng)口浪尖，緊接著2月1號(hào)《nature》刊登了我國(guó)天才少年曹原的兩篇論文關(guān)于石墨烯的最新研究。

石墨烯是騙局還是黑科技？

石墨烯可以說(shuō)目前人類發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性最好、導(dǎo)熱性最好、透光性最好的納米材料，是碳的同素異形體，擁有完美的六邊形原子結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，只有單層石墨才能叫石墨烯，并且是平面二維結(jié)構(gòu)，厚度越厚效果越差，所以不能叫石墨烯，只能叫石墨。

石墨烯對(duì)人類的價(jià)值非常巨大，它的強(qiáng)度是鋼的200倍，而電阻率只有10-6 Ω·cm，比銅少1000倍，電子遷移率超過(guò)15000 cm2/V·s，比硅高100倍，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m·K，是銀的10倍，而且透明度極高可以透過(guò)97%的光，怎么看怎么好。非要說(shuō)有什么不好的話，那就一個(gè)，就是太貴，目前1g石墨烯的售價(jià)大約1000多塊人民幣，這主要是因?yàn)樘崛」に囯y度太大，失敗率太高。

但這么優(yōu)秀的石墨烯，卻存在著非常大的爭(zhēng)議。

石墨烯問(wèn)世的時(shí)間不過(guò)是2004年，但一出現(xiàn)就在物理界產(chǎn)生了巨大的影響，而很多商家就開(kāi)始以“偽石墨烯”的概念夸大宣傳，比如充電寶加了石墨烯，外套用了石墨烯材料，類似的虛假宣傳非常多。

似乎“石墨烯”在一群騙子添油加醋和欺詐宣傳的情況下，成了能改變?nèi)祟惷\(yùn)的產(chǎn)物，大家都開(kāi)始對(duì)“石墨烯”產(chǎn)生了好奇。但不久后，人們都開(kāi)始發(fā)現(xiàn)似乎所有關(guān)于石墨烯的夸大都是商家的噱頭，用來(lái)誘導(dǎo)消費(fèi)者買單。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，石墨烯的爭(zhēng)議，本身和石墨烯沒(méi)有關(guān)系，更多的是充當(dāng)了背鍋俠的角色。

目前石墨烯價(jià)格太高，更多的是作為添加劑使用，但是地球的碳儲(chǔ)量十分豐富，所以不存在原材料不夠的問(wèn)題，而是因?yàn)槭┨y提煉了，2004年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者海姆用膠帶撕扯發(fā)現(xiàn)了單層石墨烯，而且穩(wěn)定性很高，而我們用鉛筆寫(xiě)字也可能無(wú)意中寫(xiě)出石墨烯，但如果你以為能用這種方法發(fā)家致富，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。全世界的人一起這么玩，都造不出幾個(gè)石墨烯，這個(gè)方法不可能用作工業(yè)生產(chǎn)石墨烯。

各個(gè)國(guó)家都在想辦法尋找大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的工業(yè)方法，雖然效果不佳，但是價(jià)格一降再降，主流的方法是碳化硅表面外延生長(zhǎng)、金屬表面生長(zhǎng)、氧化減薄石墨片、肼還原法、乙氧鈉裂解、切割碳納米管法、石墨的聲波處理法，但是產(chǎn)量依舊不高。

天才少年如何攻克難題？

石墨烯的提煉工作進(jìn)展不大，但是石墨烯的研究工作卻一直沒(méi)停下，我國(guó)天才少年曹原，三年內(nèi)在《NATURE》雜志上發(fā)表了五篇論文，很可能會(huì)成為改變石墨烯未來(lái)、甚至是世界未來(lái)的人，但他今年也不過(guò)25歲，2018年被評(píng)為“世界十大科學(xué)研究人物”，也是最年輕的一位，甚至可以說(shuō)，他在石墨烯研究領(lǐng)域的影響力已經(jīng)到達(dá)泰斗級(jí)別。

曹原的研究工作簡(jiǎn)單理解就是各種折騰石墨烯，看看石墨烯會(huì)有什么樣的現(xiàn)象出現(xiàn)，第一次折騰就是把兩層上下堆疊的石墨烯扭出魔角（約1.1度）偏移，研究材料會(huì)發(fā)生什么樣的變化。

曹原突然發(fā)現(xiàn)低溫下石墨烯會(huì)變成超導(dǎo)體，通過(guò)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)一部分電子會(huì)被壓縮，電子擠壓后擁有很多連成片的高能態(tài)。當(dāng)給折騰過(guò)的石墨烯加入載流子后，曹原發(fā)現(xiàn)電子沒(méi)有平均分布在其中，而是開(kāi)始擠壓并出現(xiàn)強(qiáng)烈的非對(duì)稱躍遷。

后續(xù)用高分辨率顯微鏡，發(fā)現(xiàn)隨著電子填充進(jìn)魔角石墨烯會(huì)出現(xiàn)光譜躍遷，會(huì)有化學(xué)勢(shì)力的變化，而光譜特征是電荷相互作用造成的，且對(duì)垂直磁場(chǎng)的變化有反應(yīng)。

這兩次研究相關(guān)性比較高，曹原在電子顯微鏡觀察對(duì)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)步的補(bǔ)充，并發(fā)布到《NATURE》，主要描述了魔角石墨烯是如何從高溫下的母態(tài)演變出低溫下各種奇妙的變化。

之后曹原開(kāi)始研究三層石墨烯堆疊的變化，并在三層石墨烯組中觀察到了把中間一層的石墨烯以新的角度扭轉(zhuǎn)，中間層扭轉(zhuǎn)到達(dá)1.56度時(shí)，會(huì)扭曲構(gòu)型產(chǎn)生一種對(duì)稱性，通過(guò)填充電子，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)沒(méi)有觀察到能量耗散，這也就意味著它變成了超導(dǎo)體，而且超導(dǎo)性結(jié)構(gòu)比兩層魔角超導(dǎo)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

石墨烯的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束，其特殊的各種物理變化，對(duì)我們未來(lái)的生活有著巨大的影響，不開(kāi)玩笑地說(shuō)石墨烯絕對(duì)屬于黑科技的存在，如同龐大的寶藏等著被挖掘。

石墨烯能否改變未來(lái)？

近幾年硅基芯片的研發(fā)工作已經(jīng)開(kāi)始變得緩慢，加上我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展參差不齊，所以歐美對(duì)我們“卡脖子”較為嚴(yán)重，碳基芯片的研發(fā)工作就比較重要，但是石墨烯的電子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他碳基，所以如果石墨烯可以量產(chǎn)，那么超高性能的芯片將會(huì)面世，絕對(duì)會(huì)讓我國(guó)芯片領(lǐng)域騰飛。

石墨烯芯片領(lǐng)域發(fā)展肯定會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)數(shù)字化和智能化的進(jìn)程，目前電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展愈來(lái)愈困難，量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)工作就是重中之重，最近EPFL的光子和量子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室的研究人員研發(fā)現(xiàn)基于石墨烯的量子電容器，可以與超導(dǎo)電路的低溫條件兼容，并且基于它二維材料的特性，當(dāng)接入到電路時(shí)，該電容器竟然具有產(chǎn)生穩(wěn)定量子位的潛力，并且還具有其他優(yōu)點(diǎn)，例如比許多其它已知的非線性低溫器件相對(duì)容易制造，并且對(duì)電磁干擾的敏感性更低，這只是其中一部分。

公元前銅是時(shí)代標(biāo)志，到了三國(guó)鐵就成了時(shí)代標(biāo)志，發(fā)展到唐宋，鋼就成了時(shí)代的標(biāo)志，到了新時(shí)代碳及碳的衍生物成了時(shí)代的標(biāo)志，而石墨烯就是其中的“佼佼者”。石墨烯未來(lái)很可能可以改造我們的世界，未來(lái)或許我們可以住著石墨烯建造的房子，穿著石墨烯做的衣服，坐著石墨烯制作的智能無(wú)人駕駛電動(dòng)車?yán)?，用著電?dòng)車?yán)锸┑碾姵?，?duì)著裝載著石墨烯智能芯片的電動(dòng)車說(shuō)聲“我要回家吃飯”。期待我們的科學(xué)家創(chuàng)造出更多不可能的奇跡。