石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。但是石墨烯的大规模工业制备一直是世界性难题。最近浙江大学高分子系实验室取得了这方面的一个重要突破，通过使用新型的铁系氧化剂取代传统氧化剂，实现了快速、低成本、无污染制备石墨烯的新技术，有望解决这种材料的大规模工业化生产难题。
 

浙江大学高分子系教授高超展示了一种类似咖啡粉的褐色粉末
 

　　“生产实验数据显示，用新方法在1个小时之内，就能做出这样的单层氧化石墨烯，未来有望在工业领域大规模应用。”浙江大学高分子系教授高超说，并在一个装满了瓶瓶罐罐的实验室中展示了一种类似咖啡粉的褐色粉末。

　　《自然-通讯》杂志日前发表了一篇由高超教授课题组完成的石墨烯制备研究成果。该成果避开现有石墨烯制备方法的诸多缺陷，突破了传统氧化石墨烯制备方法，找到了一条低成本制备单层石墨烯的“绿色”路线。
 

石墨烯是一种由单层碳原子构成的类似正六角形的“蜂窝状”薄片。
20万片石墨烯加在一起，才相当于人类的一根头发丝粗细。
 

　　石墨烯是一种由单层碳原子构成的类似正六角形的“蜂窝状”薄片。“20万片石墨烯加在一起，才相当于人类的一根头发丝粗细。”高超教授解释说，此前碳的这种二维结构形式一直存在于科学家的猜想中，却一直难以实现，其中的关键性难题就是如何把石墨分层到极薄的薄片。

　　2004年，英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫最终制成了厚度只有0.335纳米的石墨烯，这是世界上第一次得到单层石墨烯，两人也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。目前，由两人提出的胶带纸粘贴法演化而来的机械剥离法已成为实验室制备石墨烯的一种常用方法。然而，该方法局限性十分明显，制成的是不同层数的石墨烯混合物，难以大规模制备单层石墨烯。

　　在高超教授看来，石墨烯若要真正实现应用，有三个关键问题需要解决：原料、材料和器件。原料就是石墨烯，尤其是单层石墨烯；材料是石墨烯原料组装成的宏观材料；器件就是把材料做成有功能的装备。“宏观材料问题已经基本解决了，最根本的原料问题仍然处于探索之中。”他说。

　　经过多年探索，该研究团队终于发现了一种新型、廉价、无毒的铁系氧化剂，取代了沿用半个多世纪的氯系、锰系氧化剂，使石墨烯制备过程快、成本低、无污染，适用于工业化大规模制备。《自然-通讯》审稿人评价：“该方法对石墨烯未来的进一步应用具有重要意义。”
 

浙江大学实验室制备的石墨烯材料样本
 

　　关于新的石墨烯生成技术，高超教授解释说，铁氧化剂分子的“奔跑”速度非常快，可以像楔子一样，快速穿插进入石墨内部，使其快速分层。“在此过程中，还会产生氧气，这些气体会帮助其‘顶’开层层石墨，使制备速度加快。”他说。