迄今為止，人類社會已經歷經了三次

工業革命

。第一次工業革命是18世紀60年代到19世紀中的蒸汽時代。之前，人類活動都是依靠人力，但人的力量是有限的。在蒸汽機出現以後，人類的生產力得到了解放，從農業時代進入到了工業時代。第二次工業革命是19世紀下半葉到20世紀初的電氣時代，隨著電力的廣泛使用，並且開始使用第二種化石能源——石油，人類進入現代化社會。第三次工業革命是從20世紀四五十年代直到今天，隨著第一臺二進位制計算機的問世，人類進入了資訊時代。

目前，科技界普遍認為，人類已進入第四次工業革命的初期，量子科技、人工智慧、基因工程、新材料、新能源等是核心的基礎科技。說起新材料，就要先從堪稱能改變世界格局的21世紀的“新材料之王”——石墨烯（Graphene）談起。

什麼是石墨烯？

簡而言之，石墨烯是碳的一種存在形式，它與鉛筆芯、金剛石（也就是

鑽石

）等為同素異形體，由同樣的單一化學元素組成，區別只是它們的碳原子之間的結構不同，因排列方式不同而具有不同性質。

就拿鑽石來說，其碳12原子的結構特徵是每個碳原子都有4個共價鍵，原子間結構牢固，組成具有4個角相等的正四面體，形成一個鑽石晶胞，然後無數個鑽石晶胞聚在一起形成了鑽石。

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圖源：視覺中國

那麼，什麼是石墨呢？石墨不是立體結構，是一層一層的，每一層由無數個6個碳原子形成的環連在一起，而無數層摞起來就是石墨。

不過，層與層之間沒有化學鍵，靠的是分子的範德華力（指分子或原子之間非定向的、無飽和性的、較弱的相互作用力）結合，而範德華力和化學鍵相比，結實程度相差太遠，好似手紙一般，層與層之間非常鬆軟，而且還可以相互滑動，因此，石墨具有潤滑性。

以前，石墨烯被認為是假設性結構，無法單獨穩定存在，直至2004年英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和他的學生康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功在實驗中從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因“二維石墨烯材料的開創性實驗”，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

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諾獎得主海姆（左）和諾沃肖洛夫

其實，他們沒有使用任何高科技手段，而是“純手工”用透明膠帶來切割石墨，將石墨烯“撕”出來的。不過，這聽著簡單，卻包含了一個數學原理，就是不管多厚，哪怕有幾萬層，只要每次一分為二，再一分為二，迴圈往復，分15次就能達到目的。

石墨烯可以用在哪兒？

顯然，石墨烯是目前世上最薄的

奈米

材料，一層的厚度只有0。355奈米，三層一塊兒才一個多奈米，是幾乎完全透明的，只吸收2。3%的光，好似二維結構；又是目前最堅硬的奈米材料，重量極輕，強度卻是鋼的300倍！同時還是目前電阻率最小的材料，以及拉伸性好、導熱性和散熱性最強。

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中科院重慶綠色智慧技術研究院的一名研究人員在彎曲的單層石墨烯觸控式螢幕上進行書寫功能測試。圖源：新華社

由於石墨烯的電子移動速度極快，又輕又薄又結實，機械強度特別高，再加上它是透明、電阻率極低、良好的導體，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件，甚至晶片；也適合用來製造透明觸控（可摺疊的）螢幕或光板，甚至太陽能電池；並可用來做汽車或航空材料；在軍事上的用途更廣，比如防彈衣、航母彈射器管道中的潤滑層。

而在科幻作品中，大家可能聽說過

太空

電梯。現在人類上太空需要發射運載火箭，載人艙與空間站對接，又費錢又費時，相當危險。於是，在科幻影視裡，人類會搭建一部電梯，直接連線到太空站，去太空旅遊的話，只要進到這個電梯，按一下你想去的太空站就行了。眼下有了石墨烯，因其又輕又堅固，這個科幻構想也許將成為現實！