無懼子彈的“石墨烯防彈衣”

　　新型材料正在逐漸進入我們的生活，并發揮著越來越多的作用。石墨烯作為一種具有異乎尋常特性的極薄的碳原子材料，在近幾年來吸引了研究人員巨大的關注。近日，據透露，中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究人員利用細小的管狀石墨烯構成一個擁有與鉆石同等穩定性的蜂窩狀結構，從而創造出了一種泡沫狀材料，這種材料不但非常輕，而且還能抵抗極強的沖擊力。據了解，這種材料的強度比同重量的鋼材要大207倍，而且能夠以極高的效率導熱和導電。那么石墨烯這種新型材料到底是什么，科學家所提出的“石墨烯時代”離我們還有多遠？

　　超硬材質，能抵抗自重40萬倍外力

　　對于科研人員而言，石墨烯并不新鮮，但由于它的性能和結構，來自各國的研究人員都致力于對其作出進一步的研究。這次，來自上海的研究小組稱，他們新創造出的這種材料，相比較以往所研發報道出來的石墨烯材料，能夠承受更大的沖擊力，或將能用在未來的防彈衣和坦克表面作為防彈層使用。

　　研究報告稱，這種新材料能夠支撐起相當于其自身重量40萬倍的物體而不發生彎曲。一個這種石墨烯泡沫可以承受力度超過每平方英寸1.45萬磅的外力重擊，這幾乎相當于處于在美國關島沿海的馬里亞納海溝，這個深達10924米的世界海洋最深處，所經受的巨大壓力。

　　值得一提的是，這種材料還可以被擠壓成其原始大小的5%，且依然能夠恢復原來的形態，即便重復1000次，依然完好無損。因而，這種新材料耐高壓耐沖擊的超硬特性意味著它在未來的研發過程中，或許可以用在防彈衣的內部和坦克的表面作為緩沖墊，以吸收來自射彈（如子彈、炮彈、火箭彈等）的沖擊力。在美國科學家的模擬實驗中，僅10-100納米厚的石墨烯，就能夠抵御相當于AK47射出子彈速度的沖擊力，這就意味著，若“石墨烯防彈衣”能夠制成，抵御普通子彈的沖擊力將是小菜一碟。

　　石墨烯，神奇之處在哪里

　　聽起來很神奇的石墨烯其實早在2004年就被研發出來。石墨烯這種新型納米材料被制造出來后，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫也因為他們對這項研發的貢獻，而在2010年被授予諾貝爾物理學獎。此后的數年間，這種新型材料引發了科研人員的巨大興趣，石墨烯所帶來的巨大應用潛力也讓科學家將之后的研發稱為“石墨烯時代”。

　　石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，它良好的導熱、導電性，以及超大的硬度和柔韌性讓其被稱為“奇跡材料”，因為很少有一種材質能同時兼顧這些特性。目前，它是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，美國化學學會稱石墨烯的強度是鋼鐵的200倍，而它如此輕薄，以至于1盎司的石墨烯可以覆蓋28個足球場。中國科學家曾合成石墨烯氣凝膠，密度只有空氣的1/6；一立方英寸（約16.39立方厘米）的石墨烯氣凝膠放在一片草葉上，草葉都不會變形。

　　同時它也是已知的世上電阻率最小的材料，常溫下其電子遷移率要比硅晶體高很多。針對石墨烯的這一系列特征，業內人士曾表示這項材料的誕生，對于大量使用硅原料的IT產業具有重要意義——“現在芯片有極限寬度，硅的極限是7納米，已經臨近邊界了，石墨烯是技術革命前沿”。因而，研究學家對于石墨烯的大體預想方向主要在變革電子行業，并借此催生靈活多變的設備、超動力的量子計算機、電子服裝及可與身體細胞交流的計算機。

　　“石墨烯時代”距離我們有多遠

　　雖說這個神奇的材料已經被提出了各類設想，但是離科學家所期盼的“石墨烯時代”依然還有一定的距離。其實就在2012年，因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫就曾經在《自然》上發表文章討論石墨烯的未來，他認為這項材料的前途是光明的，但是其中的研發道路卻是曲折的。因為，在真正投入日常生活使用之前，還有一些重要的問題需要得到解決，近兩年來的發展也基本證明了他們的預測。考慮到產業更新的巨大成本，石墨烯的好處可能不足以讓它簡單地取代現有的設備——它的真正前景，或許在于為它的獨到特性量身定做的全新應用場合

　　在科學家的構想中，石墨烯是一種為IT行業而生的材料。未來石墨烯使用較為有前景的方向是顯示設備——觸屏、電子紙，等等。但是目前石墨烯和金屬電極的接觸點電阻很難對付。在電子產品中，石墨烯超強的導電性反而是它進入實際生產中的一個桎梏。現代電子產品全部是建筑在半導體晶體管之上，而它有一個關鍵屬性稱為“帶隙”：電子導電能帶和非導電能帶之間的區間。正因為有了這個區間，電流的流動才能有非對稱性，電路才能有開和關兩種狀態——可是，石墨烯的導電性能實在太好了，它沒有這個帶隙，只能開不能關。只有電線沒有邏輯的電路是毫無用途的，所以要想靠石墨烯創造未來電子產品，取代硅基的晶體管，必須人工植入一個帶隙——但是簡單植入又會使石墨烯喪失它的獨特屬性。目前針對這個領域的研究的確不少，如多層復合材料、添加其他元素、改變結構等等，但是諾沃肖洛夫等人認為這個問題要真正解決，還要至少十年。

　　除了它自身屬性的問題之外，石墨烯產業還有一個意想不到的麻煩：污染。石墨烯產業目前最成熟的產品之一可能是所謂“氧化石墨烯納米顆粒”，它造價便宜，但對人體很可能有一定毒性，且研究者發現它在地表水里非常穩定、極易擴散。所以雖然現在對它的環境影響下斷言還為時太早，但它是否會對環境造成污染也成為了其投放生產前需要解決的一個潛在問題。因而，石墨烯的發明者諾沃肖洛夫曾經給它的發展定性：“石墨烯的真正潛能只有在全新的應用領域里才能充分展現：那些設計時就充分考慮了這一材料特性的產品，而不是用來替代現有產品里的其他材料。”

　　石墨烯和聚苯胺形成三維復合結構，表現出優異的超級電容器性能。