在節目一開始，咱們(men) 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，隻需充上幾秒鍾，電量就滿了，能連續使用半個(ge) 月；駕駛的環保節能汽車隻用充電幾分鍾，就能行駛上千公裏。 

　　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(men) 無數想象的高科技都有可能成為(wei) 現實，甚至更加令人震撼。而想要成功研究製造出這些神奇的高新產(chan) 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(men) 先來聽聽石墨烯是如何被發現的。 

　　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後，在襯底表麵反複地“揭開”，最後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(cong) 石墨材料中發現的，我們(men) 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(wei) 石墨烯是結構最簡單的碳材料，它可以薄到隻有一個(ge) 碳原子的厚度，1毫米厚的石墨薄片中甚至能剝離出300萬(wan) 層石墨烯，因此石墨烯也被人們(men) 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(wei) 、電子的遷移速率僅(jin) 為(wei) 光速三百分之一等等優(you) 點。也正是擁有這些優(you) 異性能，才會(hui) 使得它在柔性觸摸屏、光電探測器、新型晶體(ti) 管、太陽能電池和液晶顯示屏等方麵都有著良好的應用前景。 

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

　　2017年10月，上海大學吳明紅科研團隊的論文《通過離子控製石墨烯氧化膜層間距實現離子篩分》在《自然》雜誌上發表，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製石墨烯氧化膜的層間距，控製精度達到十分之一納米。並在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麵效應研究”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，那麽(me) 上海大學是如何推動這類成果轉化為(wei) 生產(chan) 力的呢？ 

　　原來早在2016年，上海石墨烯產(chan) 業(ye) 技術功能型平台就開始關(guan) 注上海大學科研團隊發表的論文，並進行了持續深入的交流。到了2018年5月，上海大學科研團隊在校園裏成功完成了石墨烯複合材料治理小型水體(ti) 試驗，這是“精確控製石墨烯氧化膜層間距”成果的一個(ge) 轉化應用方向。 

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

　　一方麵，石墨烯可以憑借著巨大的比表麵積和一定的催化活性，對水體(ti) 汙染物進行吸收並降解部分有機分子；另一方麵，工程菌還能以石墨烯材料為(wei) 載體(ti) 生存繁衍，不斷分解水體(ti) 汙染物，並把石墨烯吸附的有機碳汙染物作為(wei) “食物”進行消除。這一過程是從(cong) 生物鏈底端開始修複水生生態環境，對水體(ti) 及水生生物無毒無害，不會(hui) 造成二次汙染。 

　　既然理論研究上是成立的，而且小型水體(ti) 實驗也取得了成功，因此科學團隊決(jue) 定用這種新技術治理河道，想要知道會(hui) 有什麽(me) 樣的效果。於(yu) 是在校內(nei) 試驗結束後，便立即與(yu) 上海寶山區科委和城市工業(ye) 園區管委會(hui) 溝通，啟動了河道治理示範工程。 

　　2018年6月底，上海大學領到一項艱巨任務，那就是治理園區內(nei) 汙染最嚴(yan) 重的小孟家宅河。 

　　當時正值盛夏，小孟家宅河散發著陣陣臭味。然而示範工程團隊沒有絲(si) 毫怨言，把一桶桶含有石墨烯複合材料的微生物製劑運到河畔，定時定量注入河中。他們(men) 還在河中安裝了多台水泵，讓石墨烯工程菌複合材料流到河道的各個(ge) 地方。 

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

　　初戰告捷後，這項治理河道的新技術在理論與(yu) 實踐相結合的情況下，取得了成功並讓水體(ti) 治理新技術快速在其他地區進行應用，助力我國的生態文明建設。 

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

　　與(yu) 傳(chuan) 統電池負極材料相比，這種材料能儲(chu) 存大量鈉離子，大幅提高電池容量，且安全性更高。由於(yu) 巨大的應用前景，鈉離子電池問世後，將有望在電網發電端、配送端、使用端投入使用。 

　　事實上，石墨烯還有很多衍生產(chan) 品，例如軍(jun) 用領域的防彈材料、飛機零部件，民用領域的空氣淨化口罩、黑色染發劑等等。 

　　就拿“染發”來說吧，人們(men) 的毛發外部都有一層角質層，它們(men) 是由類似鱗片狀的細胞重疊而成的。當給頭發進行染色時，就必須先用化學物質打開這些鱗片，以便把染料藏在裏麵，這也就是為(wei) 什麽(me) 頭發染得越頻繁，它可能造成的傷(shang) 害就越大，因為(wei) 這時的頭發會(hui) 變得幹枯而脆弱。 

　　而如果用石墨烯材料生產(chan) 的染發劑，就會(hui) 避免頭發幹枯的情況發生。據科學家們(men) 研究發現，石墨烯的薄片狀結構會(hui) 讓石墨烯不滲透進頭發，而是像一次性染發劑那樣，用噴塗的方式覆蓋在頭發上。但不同之處在於(yu) ，石墨烯染發後，發色停留的時間足夠長，可以認為(wei) 是接近永久性的，至少可以持續30次一次性染發劑的時間。 

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

　　總的來說，石墨烯的研究與(yu) 日常生活的聯係越來越緊密，並且隨著我國對新材料領域的大力支持，石墨烯產(chan) 業(ye) 的發展具有非常巨大的前景。在中國科學院院士劉忠範看來，石墨烯主要有三種發展前景： 

　　第一個(ge) 是“碳纖維模式”。經過半個(ge) 世紀的發展，碳纖維已經成為(wei) 航空航天和國防軍(jun) 工領域的“重量”級材料。理論上來說，石墨烯材料在很多方麵都要比碳纖維優(you) 秀，如果能夠在材料製備上做到極致，未來的石墨烯材料必將成為(wei) 某些領域“殺手鐧”級別的存在。 

　　第二個(ge) 是“塑料模式”。100多年前，人們(men) 發明了塑料，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(you) 異的性能，顯示出極為(wei) 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麵麵。 

　　第三個(ge) 是“矽材料模式”。矽是集成電路的核心材料，矽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於(yu) 矽材料，有望成為(wei) 下一代集成電路的支柱材料，或許未來的某一天，人類就會(hui) 進入“石墨烯時代”。 

　　由於(yu) 石墨烯具有非常優(you) 異的物理特性，所以科學家們(men) 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麵，想要真正形成產(chan) 業(ye) ，不斷地有新產(chan) 品研發出來，還要科學家們(men) 努力地探索和研究石墨烯背後的種種奧秘。相信在不久的將來，與(yu) 石墨烯有關(guan) 的新技術、新發明都會(hui) 走進人們(men) 的日常生活，給人類帶來巨大福音。 



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