在節(jié)目一開始，咱們先在腦海中想象幾種場景：比如使用的手機是超薄可折疊的；當手機沒電時，只需充上幾秒鐘，電量就滿了，能連續(xù)使用半個月；駕駛的環(huán)保節(jié)能汽車只用充電幾分鐘，就能行駛上千公里。?

　　這樣的場景是不是很科幻？其實，在不久的將來，這些承載著人們無數想象的高科技都有可能成為現實，甚至更加令人震撼。而想要成功研究制造出這些神奇的高新產品，新材料石墨烯就是其中必不可少的組成部分。?

　　石墨烯的出現可以說是給科學界帶來了巨大反響，首先我們先來聽聽石墨烯是如何被發(fā)現的。?

　　2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫通過“機械剝離法”來獲取到石墨烯。簡單來說，就是利用日常生活中的膠帶，黏住一些大的石墨薄片后，在襯底表面反復地“揭開”，最后總能找到一些單層的石墨烯。?

　　聽過石墨烯的提取方法，或許你難以置信，但石墨烯的確是從石墨材料中發(fā)現的，我們也可以把石墨材料看作是由石墨烯層層堆疊而成的。這是因為石墨烯是結構最簡單的碳材料，它可以薄到只有一個碳原子的厚度，1毫米厚的石墨薄片中甚至能剝離出300萬層石墨烯，因此石墨烯也被人們稱作是“單層石墨”。?

　　除了石墨烯很薄之外，它還具有透明不透氣的特性、非同尋常的導電性能、超出鋼鐵一百倍以上的強度、異常的整數量子霍爾行為、電子的遷移速率僅為光速三百分之一等等優(yōu)點。也正是擁有這些優(yōu)異性能，才會使得它在柔性觸摸屏、光電探測器、新型晶體管、太陽能電池和液晶顯示屏等方面都有著良好的應用前景。?

　　石墨烯作為“新材料之王”，全球各個國家都在對它進行探索與研究。中國雖然不是第一個研發(fā)出石墨烯的國家，但在石墨烯的多個應用領域也都獲得了豐碩成果，形成了40多種新材料，達到了國際領先水準。而在這輝煌的背后，則有很多中國科學家們與石墨烯共同創(chuàng)新開拓的故事。?

　　2017年10月，上海大學吳明紅科研團隊的論文《通過離子控制石墨烯氧化膜層間距實現離子篩分》在《自然》雜志上發(fā)表，引起了世界矚目。這是國際上首次提出可以通過溶液中的離子精確控制石墨烯氧化膜的層間距，控制精度達到十分之一納米。并在2019年1月，上海大學牽頭完成的“石墨烯微結構調控及其表界面效應研究”獲得國家自然科學獎二等獎。?

　　要知道，獲得國家自然科學獎的都是基礎研究成果，那么上海大學是如何推動這類成果轉化為生產力的呢？?

　　原來早在2016年，上海石墨烯產業(yè)技術功能型平臺就開始關注上海大學科研團隊發(fā)表的論文，并進行了持續(xù)深入的交流。到了2018年5月，上海大學科研團隊在校園里成功完成了石墨烯復合材料治理小型水體試驗，這是“精確控制石墨烯氧化膜層間距”成果的一個轉化應用方向。?

　　據上海大學環(huán)境與化學工程學院唐量教授的介紹，石墨烯與人為加工出來的新型微生物，也就是工程菌相結合的話，就會具有“1+1>2”的治水效果。?

　　一方面，石墨烯可以憑借著巨大的比表面積和一定的催化活性，對水體污染物進行吸收并降解部分有機分子；另一方面，工程菌還能以石墨烯材料為載體生存繁衍，不斷分解水體污染物，并把石墨烯吸附的有機碳污染物作為“食物”進行消除。這一過程是從生物鏈底端開始修復水生生態(tài)環(huán)境，對水體及水生生物無毒無害，不會造成二次污染。?

　　既然理論研究上是成立的，而且小型水體實驗也取得了成功，因此科學團隊決定用這種新技術治理河道，想要知道會有什么樣的效果。于是在校內試驗結束后，便立即與上海寶山區(qū)科委和城市工業(yè)園區(qū)管委會溝通，啟動了河道治理示范工程。?

　　2018年6月底，上海大學領到一項艱巨任務，那就是治理園區(qū)內污染最嚴重的小孟家宅河。?

　　當時正值盛夏，小孟家宅河散發(fā)著陣陣臭味。然而示范工程團隊沒有絲毫怨言，把一桶桶含有石墨烯復合材料的微生物制劑運到河畔，定時定量注入河中。他們還在河中安裝了多臺水泵，讓石墨烯工程菌復合材料流到河道的各個地方。?

　　事實證明他們的努力沒有白費，在治理小孟家宅河一個月后，河道里的藍藻和臭味都消失不見了，氨氮含量從每升13.6毫克降到了每升1.5毫克，透明度從20厘米升至90厘米。當地村民更是笑著對科研人員說：“這條河恢復到了30年前我小時候的模樣。”?

　　初戰(zhàn)告捷后，這項治理河道的新技術在理論與實踐相結合的情況下，取得了成功并讓水體治理新技術快速在其他地區(qū)進行應用，助力我國的生態(tài)文明建設。?

　　不過，石墨烯新材料的轉化方向遠遠不止水體治理這一種。中國科學家憑借著精確控制石墨烯氧化膜層間距技術，還研制出了鈉離子電池的石墨烯負極材料。?

　　與傳統(tǒng)電池負極材料相比，這種材料能儲存大量鈉離子，大幅提高電池容量，且安全性更高。由于巨大的應用前景，鈉離子電池問世后，將有望在電網發(fā)電端、配送端、使用端投入使用。?

　　事實上，石墨烯還有很多衍生產品，例如軍用領域的防彈材料、飛機零部件，民用領域的空氣凈化口罩、黑色染發(fā)劑等等。?

　　就拿“染發(fā)”來說吧，人們的毛發(fā)外部都有一層角質層，它們是由類似鱗片狀的細胞重疊而成的。當給頭發(fā)進行染色時，就必須先用化學物質打開這些鱗片，以便把染料藏在里面，這也就是為什么頭發(fā)染得越頻繁，它可能造成的傷害就越大，因為這時的頭發(fā)會變得干枯而脆弱。?

　　而如果用石墨烯材料生產的染發(fā)劑，就會避免頭發(fā)干枯的情況發(fā)生。據科學家們研究發(fā)現，石墨烯的薄片狀結構會讓石墨烯不滲透進頭發(fā)，而是像一次性染發(fā)劑那樣，用噴涂的方式覆蓋在頭發(fā)上。但不同之處在于，石墨烯染發(fā)后，發(fā)色停留的時間足夠長，可以認為是接近永久性的，至少可以持續(xù)30次一次性染發(fā)劑的時間。?

　　不過，值得注意的是，雖然科研團隊已經有了小規(guī)模的實驗，但由于它仍然還處在研究階段，且成本較高，因此目前人們并不能在超市的貨架上找到它們。?

　　總的來說，石墨烯的研究與日常生活的聯系越來越緊密，并且隨著我國對新材料領域的大力支持，石墨烯產業(yè)的發(fā)展具有非常巨大的前景。在中國科學院院士劉忠范看來，石墨烯主要有三種發(fā)展前景：?

　　第一個是“碳纖維模式”。經過半個世紀的發(fā)展，碳纖維已經成為航空航天和國防軍工領域的“重量”級材料。理論上來說，石墨烯材料在很多方面都要比碳纖維優(yōu)秀，如果能夠在材料制備上做到極致，未來的石墨烯材料必將成為某些領域“殺手锏”級別的存在。?

　　第二個是“塑料模式”。100多年前，人們發(fā)明了塑料，給人類生活帶來了極大的便利；而現在石墨烯更是擁有著很多優(yōu)異的性能，顯示出極為廣闊的應用前景，在不遠的將來，或許能夠像塑料一樣，浸透到人類生活的方方面面。?

　　第三個是“硅材料模式”。硅是集成電路的核心材料，硅材料把人類帶入了信息化時代，極大地改變了人類的精神生活；而石墨烯的載流子遷移率遠高于硅材料，有望成為下一代集成電路的支柱材料，或許未來的某一天，人類就會進入“石墨烯時代”。?

　　由于石墨烯具有非常優(yōu)異的物理特性，所以科學家們都對它的應用給予了厚望。但目前來說，石墨烯的很多應用還停留在實驗室層面，想要真正形成產業(yè)，不斷地有新產品研發(fā)出來，還要科學家們努力地探索和研究石墨烯背后的種種奧秘。相信在不久的將來，與石墨烯有關的新技術、新發(fā)明都會走進人們的日常生活，給人類帶來巨大福音。?



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