石墨烯:比钢强200倍，比纸轻1000倍

石墨烯厚度仅为一个原子，符合超级材料的所有条件:

石墨烯的超能力来自它的结构．如果你能把它放大，你会发现石墨烯薄片看起来像一个原子尺度的蜂巢。单个碳原子以类似铁丝网的六角形排列。石墨烯薄片中的每个碳原子都与其他三个碳原子共价键结合，这使这种材料具有令人难以置信的强度。

为什么石墨烯导电性能这么好?这也是因为碳原子的结合方式。每个碳原子在外层有4个电子，但只有3个电子与相邻的3个碳原子共用。剩下的电子叫做aπ电子并且可以在三维空间中自由移动，这使得它可以在几乎没有阻力的情况下在石墨烯薄片上传输电荷。事实上，石墨烯是室温下速度最快的导体任何已知物质。

最近的一项发现可能会为石墨烯的自夸清单增添另一种超能力。麻省理工学院(MIT)的一个团队正在实验双层石墨烯——两层单原子石墨烯堆叠在一起——当他们偶然发现石墨烯的一种新的、近乎神奇的特性时。当这些层之间稍微偏离直线时——位移正好是1.1度——石墨烯变成了超导体．超导体是最罕见的一类材料，它可以在绝对没有电阻和零热量的情况下导电。

石墨烯“魔角”的发现在科学界引起了轩然大波。尽管该实验是在极低温(接近0开尔文或零下459.67华氏度)下进行的，但它开辟了一种可能性，即通过将石墨烯与其他超导元素结合，我们比以往任何时候都更接近室温超导。这样的成就将从根本上提高从电子设备到汽车到整个电网的所有东西的能源效率。

纳米技术教授、该中心主任安德里亚·法拉利(Andrea Ferrari)说，超导还需要几十年的时间，但革命性的基于石墨烯的产品将更快地进入市场剑桥石墨烯中心．

“到2024年，市场上将出现各种各样的石墨烯产品，”法拉利说，“包括电池、光子学、夜视相机等。”

多年来，消费者一直在热切期待石墨烯电池。的锂离子电池在我们所有的电子产品中，充电速度相对较慢，很快就会失去能量，在一定的循环次数后就会耗尽。这是因为为锂离子电池供电的电化学过程会产生大量的热量。

但由于石墨烯是世界上最高效的电导体，它在充电或放电时产生的热量要少得多。石墨烯电池是有前途的充电速度是锂离子电池的五倍，电池寿命是锂离子电池的三倍，需要更换的循环次数是锂离子电池的五倍。

三星(Samsung)和华为(Huwei)等电子公司正在积极开发用于智能手机和其他电子产品的石墨烯电池，但这些电池最早将于2020年上市2021．至于石墨烯电池在电动汽车上的应用——它可以极大地增加行驶半径——还需要几年的时间。整个行业都建立在锂离子技术的基础上，这种情况不会在一夜之间改变。

“电池行业非常保守。Graphanea该公司生产并向学术研究人员和研发部门销售纯石墨烯和基于石墨烯的芯片。“电池的成分可能每隔5到10年就会改变几次，这使得在这个行业推出新产品变得非常困难。”

法拉利说，市场上有一些基于石墨烯的电池，包括一家名为Real Graphene的公司生产的一些有线和无线充电器，但这些只是冰山一角，他也是该公司的科学技术官员石墨烯的旗舰该项目由欧盟出资10亿欧元，旨在加快石墨烯技术的发展。旗舰号的研究伙伴是已经在制造石墨烯电池它比目前最好的高能电池高出20%的容量和15%的能量。其他团队已经建造了基于石墨烯的太阳能电池，将阳光转化为电能的效率提高了20%。

虽然石墨烯电池可能是第一个推向市场的，但研究人员正忙着开发这种神奇材料的无数其他应用。

生物传感器是一件大事。想象一下，一种非常薄而灵活的芯片，可以注射到血液中，监测胰岛素水平或血压等实时健康数据。新利国际网站品牌官网或者石墨烯接口，可以向大脑来回发送信号，以检测甚至预防即将发生的癫痫发作。薄的，可拉伸的传感器也可以戴在皮肤上或编织到衣服的面料。

光子学是另一个已经融入石墨烯的领域。通过将石墨烯集成到光敏芯片中，相机和其他传感器可以大大提高对可见和不可见光谱中最微弱光波的灵敏度。这不仅会提高相机和望远镜的图像质量，还会提高医学图像的质量。

过滤是石墨烯的另一个有前途的应用。用石墨烯聚合物构建的简单水净化过滤器可以结合饮用水中的有机和无机污染物。石墨烯旗舰的研究人员还开发了基于石墨烯二极管的脱盐技术去除海水中60%以上的盐分用于农业和其他用途。

所有这些发展都需要时间，但剑桥石墨烯中心的法拉利相信石墨烯将不负众说。事实上，他同样对大约2000种其他单层材料的尚未发现的特性感到兴奋，这些材料也正在通过胶带方法或其他方法进行分离。

法拉利说:“我们说的是石墨烯，但实际上我们谈论的是大量正在探索的选择。”“事情正在朝着正确的方向发展。”