地球已知强度最高材料之一\\「我国稀有金属矿探明储量居世界前列」

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21世纪充满了奇迹，世界安定，人类生活丰富多彩。许多人认为21世纪将是人类科学快速发展的世纪，但是21世纪已经过去了五分之一。尽管生活发生了很大变化，但人类科学似乎并未取得太大进步。人类仍在探索宇宙，试图移民到火星，而受控核聚变距离还有50年。似乎一切都在变化，一切似乎都没变。

80多年来，物理学一直没有根本突破。与20世纪初期的巨大发现相比，21世纪太安静了。只有“弦理论”似乎是完美的。许多人感叹“物理已经死了”，人类的科学发展难道真的陷入了瓶颈吗？

答案当然不是这样。人类科学一直在有序，迅速地发展。多年来没有重大突破的原因也很简单。上个世纪许多科学家的研究已经足够深入，而相对论和量子力学的理论足以进行人类研究。长期以来，如果我们想真正证明“大统一”理论是不现实的，那么我们就不可能每100年开发出一种颠覆性理论。科学需要不断积累才能突破。

因此，除了理论物理学以外，21世纪人类的主要发现是什么？在编辑的心中发现和使用“石墨烯”可能是近几十年来对人类至关重要的发现，但是自2004年科学家发现并证实石墨烯以来已经有16年了。为什么新材料“石墨烯”如此声称颠覆世界直到今天还没有席卷全球？

划时代的“石墨烯”

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov发现，我们可以改变石墨的分子结构，从而获得一种特殊的材料“石墨烯”，因为石墨烯是珍贵的，也被称为“黑金”。 。

实际上，石墨烯已经存在于自然界中，但是很难剥离单层结构。一层石墨烯叠加起来是石墨，一层1毫米厚的石墨包含约300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻刮擦，留下的痕迹可能只有几层甚至只有一层石墨烯。

两位科学家发现，通过将石墨薄片粘贴到特殊的胶带上，撕开胶带后，会在胶带上粘贴一层薄薄的石墨。几次后，可以获得单层石墨烯。这是获得诺贝尔物理学奖的“石墨烯微机械剥离方法”。

简而言之，石墨是具有单层原子结构的石墨。它非常薄，因此被称为石墨“烯”。由于石墨烯具有前所未有的单层分子结构，因此石墨烯具有其他材料无法拥有的特性。经过简单的采集，它吸引了许多科学家的注意。 “石墨烯电池”，“石墨烯涂层”甚至“石墨烯面膜”已成为可以颠覆人类世界的“最强材料”。

石墨烯是已知强度最高的材料之一。它也具有良好的韧性并且可以弯曲。石墨烯的理论杨氏模量达到1.0 TPa，固有拉伸强度为130 GPa。

最薄，最硬的纳米材料在光，电，热，力等方面具有优异的性能。可以说石墨烯可用于任何领域，其潜力与想象不同。正是由于这种特性，许多科学家认为石墨烯足以颠覆世界。

为什么石墨烯“缺乏耐力”？

石墨烯在未来具有良好的性能和许多应用领域，但是为什么石墨烯的口号如此之高已经超过十年，而我们却很少遇到石墨烯？甚至没有谣传的“石墨烯电池”出现吗？

首先，石墨烯电池在技术上难以实现。石墨烯确实可以提高充电和放电的速度，但不能增加电池的容量。其次，石墨烯与现代锂电池工厂不兼容。同时，石墨烯价格昂贵。对于制造商和用户而言，石墨烯只会增加成本和价格，因此石墨烯电池技术是天上的一座城堡。

材料科学对人类非常重要。即使能源是文明的基石，但如果没有足够强度的材料，我们也无法使用这些能源。例如，“核聚变”和“反物质”都需要高强度的材料。将来，当人类在星际旅行时，实现亚光速飞行还需要航天器由高强度材料制成。

这说明了石墨烯的重要性，但是为什么石墨烯不能真正进入我们的生活并取代大多数材料呢？对于新材料（例如石墨烯），重要性由可以替代的材料决定。如果替代材料已经被人类广泛使用，那么高强度，高性能的新材料的出现就是石墨烯。最初替代材料的领域已经取得了进展。石墨烯非常重要的原因是石墨烯具有广泛的应用范围。

全球的石墨储存量约为15亿吨，而中国的石墨烯储存量则超过10亿吨。科学家认为，世界上超过70％的石墨矿都在我国。因此，石墨烯的研究与利用对我们来说至关重要。

石墨烯不大面积普及的原因仅仅是“高制造成本”。即使这种新材料的性能优异，但其生产成本过高，也无法大面积替代原始材料。它已经存在了十多年，但有关石墨烯的更多研究仍处于实验阶段。大多数国家对石墨烯的研究无法进入真正的大规模生产阶段。

石墨烯之所以受欢迎，是因为两位科学家基于这项研究获得了诺贝尔奖，这令世界如此关注。新材料的出现需要很长时间进行深入研究，也需要很长时间才能适应市场的接受程度。像受控核聚变一样，我们都知道受控核聚变可以改变我们的生活并使人类进入清洁能源的新时代，但是进行核聚变的实验也是危险的。即使在将来，科学家也将意识到受控核聚变还需要很长时间才能推广和使用。石墨烯确实是可以改变世界的材料，但是我们还不能大规模生产它。随着研究的深入，这个问题可以由我们解决。

为什么石墨烯这么强

简单了解石墨烯后，我相信每个人都会有这样的问题。在用胶带连续粘贴石墨后，为什么石墨烯薄层更坚固？

其实这个问题也很简单。石墨烯由碳原子组成，碳在我们的生活中非常普遍。生活中的“石墨”和“金刚石”是由碳原子构成的，但是这两种物质的强度和外部性能却大不相同，因为构成这两种物质的碳原子排列不同。

从结构的角度来看，金刚石的原子排列更稳定，而石墨的结构稳定性较差，并且每一层之间的原子是平行的。这时，科学家突发奇想，因为石墨的多层结构非常不稳定，那么我们可以从石墨中提取出单层石墨，能否得到一种高强度的新材料呢？这样，石墨烯诞生了。与石墨相比，石墨烯仅由单层碳原子组成，就像“二维材料”一样。这种结构赋予石墨烯超高的强度，且石墨烯足够薄，可用于许多领域。

很多时候，真理和突破离我们很近。灵光闪现后进行的简单实验可以导致震惊世界的巨大发现。科学从未停止，人类一直在进步！