20世纪60年代,科学家在实验室中首次发现石墨烯。由于这种物质结构特殊,它具有许多神奇的特性,如超薄、高强度、高韧性,以及透光性等。这些特性使得人们将目光投向了这种神奇材料。

2021年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功合成了单层石墨烯。他们将单层石墨烯放在一个真空管中,然后加热到2000°C以上,并保持这一温度长达30分钟。结果显示,这相当于在高温下让碳原子"原地爆炸",产生出大量的碳原子。最终,研究人员通过化学方法得到了多层石墨烯。至此,人类对石墨烯的认识已经从简单的单层研究进入到更复杂的层次。

随着研究的不断深入,人们对各种不同结构的石墨烯进行了大量实验。其中,最引人注目的是一种名为"六角形蜂窝状"的石 墨 稀 材 料 。该材料的结构非常复杂,由大约100个六边形构成,每个六边形又是由10至15个平面组成,从而形成了一个巨大的网状结构(见图1)。与普通的二维或三维的晶体相比,这样的结构使 石 墨 稀 材 的 强度 大 幅 增 高 。此外,它的导热性也大幅提升。因此,科学家们将其称为"黑 金"。

目前,世界上只有少数几个国家拥有成熟的研发团队,而中国是其中之一。近年来,我国科研人员在相关领域取得了长足发展,先后研制出了多种类型的的石墨 稀 材 。例如,中科院宁波材料所的研究人员利用微纳加工技术制备出了尺寸小于5纳米(即一根头发直径的万分之一)的单晶。据了解,目前全世界已知的厚度小于0.1毫米的单晶只有3种,而中国的这项成果则成为了第四种。

除此之外,中科院上海硅酸盐所的研究人员也在相关领域取得了重要进展。他们在2017年成功合成了一种特殊的五氧化二氮掺杂型四氧化三铁,其性能比传统的四氧化三铁提高了数倍。同时,他们还利用该类材料制造出了厚度仅为0.02微米的透明电极,为未来实现大规模应用奠定了良好基础。