石墨烯在曼徹斯特創造的二十年非凡奇蹟

二十年前的一個週五晚上，兩位科學家擺弄着膠帶，意外發現了一種“神奇”的材料，這一發現讓他們榮獲了諾貝爾獎。

石墨烯，由一層碳原子構成，據稱是有史以來最薄、最強的物質。2004 年，康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授和安德烈·海姆教授將其公佈於世後，它被譽爲能改變遊戲規則的材料。

據稱，這對科學家在曼徹斯特大學發現的這種材料，將使那些僅在科幻小說中出現的技術成爲現實。

二十年後，像詹姆斯·貝克教授這樣的研究人員稱，我們當下正接近“臨界點”，石墨烯即將開始不辜負人們的期待。

石墨烯是石墨的單個原子層，而石墨這種碳礦物常見於鉛筆尖，其原子以六邊形晶格排列，形如蜂窩。

它比鋼更堅固，比銅的導電性更強，這種柔韌性極佳的材料極其微小，科學家稱其爲世界上第一種二維材料。

它已經在諸如腦植入物、水過濾器、觸摸屏技術，甚至溜冰場等產品中接受了測試。

“幾乎沒有任何技術領域是它無法增強的，”曼徹斯特科學與工業博物館的工程館長薩拉·貝恩斯說道。

她說，儘管石墨烯的理論基礎已經確立，但直到 2004 年，還沒有人能夠分離出“難以捉摸的單層石墨烯”。

蓋姆和諾沃肖洛夫這兩位出生於蘇聯的物理學家，常在週五晚上做實驗，試圖爲老問題想出有創意的點子。

“據說當時研究團隊正在用帶有石墨的膠帶，”貝恩斯女士說道。

“有人說：‘我們是不是把石墨烯的碎片給扔掉了？’

“他們從垃圾桶裡把膠帶撈了出來，放到顯微鏡下，驚訝地看到了非常薄的石墨薄片。”

這個故事在博物館舉辦的一個以極端材料爲主題的節日展覽中呈現。

貝恩女士說：“沒有比石墨烯更極端的了：它是你能想到的最小、導電性最強、強度最大、最柔韌、最具綜合性優勢的最極端的材料。”

蓋姆和諾沃肖洛夫因這一發現於 2010 年獲得諾貝爾獎，但大規模製造這種材料的挑戰意味着它並沒有像最初預期的那樣迅速流行。

貝克教授說：“石墨烯剛出現時，有很多炒作，人們期望事情能很快發生。”

他補充道：“它才 20 歲，依舊是一種新材料，所以針對每個市場案例、每個機會，我們還沒找到所有答案。”

但這位來自曼徹斯特大學的教授覺得，一個“轉折點”即將來臨，因爲研究人員如今“知道怎樣讓它起作用，也知道怎樣讓它以經濟實惠的方式起作用”。

例如，僅僅在像橡膠或混凝土這樣的材料中加入 0.1%的石墨烯，就能產生“非常顯著的差異”。

“所以傳統上，我們認爲像石墨烯這樣的新材料會讓你花費更多，但現在有很多用例實際上成本更低。”

而且科學家們現在也已經想出了擴大生產的辦法。

用克或毫克來製造石墨烯是不行的。我們得按千克、噸、100 噸來製造，”他說

“好消息是現在可以了。”

貝克教授負責監管石墨烯工程創新中心的工作，這個中心幫助公司把石墨烯背後的科學轉化成商業技術。

它是 2015 年曼徹斯特大學開設的價值 1300 萬英鎊的國家石墨烯研究所的一部分。

貝克教授表示：“圍繞新材料存在的挑戰之一在於，人們期望它們能夠迅速進入市場。”

“然而，如果你看看過去的新材料，比如日常生活中看到的碳纖維或硅，從發現到市場上的第一批產品，可能需要 25 到 30 年。”

但是，他說，“人們會發現石墨烯開始影響他們生活”的時刻終會到來。