有比钢片还坚硬的纸？石墨钢化纸将为制造业带来新发展

近日，澳大利亚悉尼科技大学公布了一项最新科研成果：石墨钢化纸。这张与普通纸厚度相当的石墨“纸”比相同厚度的钢片还要坚硬10倍。研究人员通过化学处理将石墨碾碎、净化之后，再经过重塑分子排列结构使大量分子得以聚集到一起，最终压制成石墨钢化纸。

这种新型碳材料比现在仍属高端制造业的碳化纤维还具有光明的发展前途，其超轻便、超硬度的特性，将会对汽车、飞机制造等行业产生深远的影响。

关于石墨

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。 

石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”，汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成，从“炭”字音。

石墨的性质特征

常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。

碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40，同一网层中碳原子的间距为1．42。

石墨属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。

石墨的新用途

随着科学技术的不断发展，人们对石墨也开发了许多新用途。柔性石墨制品。柔性石墨又称膨胀石墨，是一种新的石墨制品。美国研究成功柔性石墨密封材料后，解决了原子能阀门泄漏问题，随后德、日、法也开始研制生产。这种产品除具有天然石墨所具有的特性外，还具有特殊的柔性和弹性。因此，是一种理想的密封材料。广泛用于石油化工、原子能等工业领域。国际市场需求量逐年增长。

此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，是制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石、钻石不可缺少的原料。它是一种很好的节能环保材料，美国已用它做为汽车电池。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。

中国和丹麦合作用石墨烯开发出单分子层晶体管

据报道，丹麦哥本哈根大学化学纳米科学中心和中国中科院的科学家携手，用仅仅一个分子单层制造出一款晶体管，同时，他们创造性地应用石墨烯的独特性能，用该分子晶体管制造出了一块石墨烯计算机芯片。这一发表在《先进材料》杂志上的最新研究将有助于科学家们设计出体形更小、运行速度更快且更环保的电子设备。

该研究的领导者、哥本哈根大学化学教授卡斯帕·诺亚德说：“石墨烯拥有许多让其他材料望尘莫及的独特属性，这也是科学家们首次证明，可以将一个功能性的元件集成在一块石墨烯芯片上。新研制的石墨烯芯片的首个好处是让测试分子电子元件变得简单易行，这也是科学家们朝着制造出分子集成电路迈出的第一步。”

该石墨烯芯片是由一层金、一层分子晶体管以及一层超薄石墨烯构成的“三明治”。其中的分子晶体管被打开，同时使用了一个光脉冲，发挥了石墨烯“完全透亮”的独特属性。科学家们一直试图研制由单分子制成的晶体管、电线和其他电子元件。与传统元件不同，它们有望摒弃重金属和稀土元素，这会使它们的“身价”大幅缩水；同时也对环境、水和动物更加友好。但迄今为止，科学家们一直很难测试这些功能性分子元件的表现。

以前，为了测试这些微型元件的性能，科学家们必须不断地在两条带电电线之间，倾倒一个装满分子的烧杯，希望至少某个分子落在电线上，从而断开电路。诺亚德表示：“这一做法无异于买彩票，成功率微乎其微。”但现在，使用新的石墨烯芯片，科学家们能非常精确地放置分子，这就使他们能更快更方便测试分子电线以及二极管的功能。诺亚德说：“这种设计思路可以针对不同类型的分子元件。这种石墨烯‘脚手架’同真正的芯片非常接近，科学家们可以更轻松地对分子元件进行测试，并使用分子元件制造出真正的石墨烯芯片。”