纵观诺贝尔奖的前史，能够发现很少有如此“年青”的研讨作用。历年来，只要是自然科学类的研讨，从取得作用到取得诺贝尔奖，大多数要距离几十年之久。比方试管婴儿技能早在1976年就呈现了，但是直到有300多万的试管婴儿诞生后，这项作用才取得了2010年度的诺贝尔生物与医学奖。那么近十年里来物理学奖的主角“石墨烯”是怎样被发现的，又是凭仗什么得到了诺奖评委的喜爱呢？
得来全不费工夫
发现石墨烯的进程很曲折，却又很简单。
石墨烯是一种从石墨材猜中剥离出的单层碳原子面资料，是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只要0.335纳米(1纳米=10亿分之一米)，把20万片薄膜叠加到一同，也只要一根头发丝那么厚。早在20世纪40年代，就有科学家对相似石墨烯的结构进行过理论研讨，但很长的一段时间里，他们用尽了各种办法，却一直没能成功地取得单层石墨烯。由此许多人以为，在有限的温度下这样的二维资料是不可能安稳存在的。
当然，也有别的一些人坚持自己的观念，并用实践行动来证明。哥伦比亚的年青教授菲利普 金（P. Kim）带领的科研小组一直在测验剥离石墨烯，用的办法看上去适当“高科技”。他们用AFM（原子力显微镜）的针尖扫过石墨顶端，妄图依托针尖的力气带下来几片石墨烯，但仍以失败而告终。
相对来说，海姆和诺沃谢洛夫的办法就太“粗陋”了。据海姆介绍，这个张狂试验开端是交给一位新来的我国博士生的。他们买了一大块高定向裂解石墨，让这位博士生在一台很好的抛光机上研磨，越薄越好。三个星期后，博士生跑来说成功了。但实践上，取得的石墨片依然厚达10微米，适当于1000层石墨烯。海姆问：“你能否再研磨得薄一点？”博士生说，需求另一块石墨，这得花300美元。海姆没有再买一块石墨，他和他的帮手诺沃谢洛夫决议用通明胶带来试试。之所以想到通明胶带，是因为研讨小组其时引进了一位技能员来建立低温扫描隧道显微镜，而这位技能员清洁石墨样品外表的办法便是用通明胶带把石墨表层粘掉。这提醒了他们，假如不断地粘起、扯开，就能够取得更薄的薄膜。
重复粘上10到20次之后，薄片终究发作了一些单层石墨烯。海姆和诺沃谢洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干与效应使薄片在显微镜下呈现五颜六色条纹，就像油膜在水面上发作的作用。运用这种效应，他们调查到了单层石墨烯。就这样，第一种二维晶体资料正式呈现了。
2004年10月，美国《科学》杂志宣布了他们的研讨作用，引发了科学界对石墨烯的研讨热潮。对石墨烯了解得越多，人们就越惊奇于它的各种特性。
二维的碳
碳是奇特的元素，也是一切地球生命的根底。纯碳能以天壤之别的方式存在，可所以坚固的钻石，也可所以柔软的石墨，还可所以C60那样的富勒烯。而石墨烯，则是碳的另一张美妙面孔。幻想有那么一张单层的网，每一个网格都是一个完美的六边形，每一个绳结都是一个碳原子。这张网只要一个原子那么厚，能够说没有高度、只要长宽，是二维而不是三维的。这便是石墨烯，它是二维的碳、人类已知的最薄资料，一种正为物理学和资料学带来许多新发现的东西。
奇特的特性
石墨烯打开了根底物理和运用物理的一扇大门，对物理学根底研讨有着特别含义，它使一些此前只能坐而论道的量子效应能够终究靠试验来验证，例如电子无视妨碍、完成鬼魂一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多极点的性质。它是室温下电的最佳导体，仍是很好的导热体而且通明易曲折。石墨烯既是最薄的资料，也是人类已知的强度最高的资料，它的断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。一起它又有很好的弹性，拉伸起伏能到达自身标准的20%。假如用一块面积为1平方米的石墨烯，做成一个能够接受一只猫的分量的吊床，那么这个吊床自身的分量还不到1毫克，只适当于猫的一根胡须。
石墨烯几乎是彻底通明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它十分细密，即便是氦原子——最小的气体原子也无法穿透它。
抢救摩尔规律
依据半导体业闻名的摩尔规律，芯片的集成度每18个月至2年进步一倍，即加工线宽缩小一半。但硅资料的加工极限一般以为是10纳米线宽，当硅资料标准小于10纳米时，它的物理、化学功能将发作质的改动，用它制作出的晶体管安稳性变差。提出该规律的摩尔自己揭露表明，10年后摩尔规律将很难持续有用。
石墨烯的呈现或将令摩尔规律得以连续。石墨烯能够被刻成标准不到1个分子巨细的单电子晶体管。此外，石墨烯高度安稳，即便被切成1纳米宽的元件，导电性也很好。电子可在石墨烯结构中以1/300光速的超高速度运转，因而它被视为制作下一代芯片的抱负资料。运用石墨烯制作的处理器频率有望到达1THz以上，是现在硅芯片的100到1000倍。现在研讨人员已开宣布10纳米级的可实践运转的石墨烯晶体管，而且开端研发由单原子组成的晶体管。
美国宾夕法尼亚州立大学也现已成功制成了100毫米的纯石墨烯晶圆（制作硅半导体集成电路所用的圆形硅晶片）。制作中，他们运用硅进步技能，去除了碳化硅晶圆中一切的硅，仅留下碳原子组成的石墨烯结构。该晶圆中包括的是石墨烯组成的场效应管元件，研讨人员近期就会对其功能进行测验。下一步，他们还方案改善结构，进步电子在石墨烯中的运转速度，使其挨近1/300光速的理论极限。
而IBM公司则在宾夕法尼亚州立大学发布100毫米石墨烯晶圆的第二天，在《科学》杂志上展现了迄今为止频率最高的射频石墨烯晶体管，速度可到达100Ghz（即每秒1000亿次），而此前的最好成果是40Ghz。 据了解，如此高的频率是在晶圆标准外延成长的石墨烯上取得的，所运用的处理工艺与现在大范围的运用的硅设备制作技能也是兼容的。
或许，在不远的将来，咱们会在核算机上看到石墨烯纤薄却又强悍的身影。
制作太空电梯
法国皇帝拿破仑从前说过：“笔比剑更有威力。”但是他在200年前说这话的时分肯定不会想到，人类运用的一般铅笔中居然包括着地球上强度最高的物质！石墨烯，这种比钻石还强硬的物质，它的强度比国际上最好的钢铁还高100倍，而且质料是如此丰厚。
它不但能够用来开发制作出纸片般薄的超轻型飞机资料，制作出超坚韧的防弹衣，甚至能用来打造3.7万公里长的太空电梯，让科学家的愿望成为实际。
人类经过“太空电梯”进入太空，所花的本钱将比经过火箭升入太空廉价许多。制作“太空电梯”的最大妨碍之一，便是怎么制作出一根从地上连向太空卫星、长达3.7万公里而且满足强韧的缆线。为了鼓励科学家创造出制作太空电梯缆线的坚韧资料，美国NASA此前还宣布了400万美元的赏格。石墨烯资料已被证明彻底合适用来制作太空电梯缆线。
广泛的运用远景
石墨烯可用于制作通明的接触显示屏、发光板和太阳能电池板。在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具有杰出的导电性；参加千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热功能进步30摄氏度。在此根底上能够研发出薄、轻、拉伸性好和超强韧的新型资料，用于制作轿车、飞机和卫星。因为具有完美结构，石墨烯还能用来制作超活络的感应器，即便是最细微的污染也能发觉。现在，IBM公司现已制作出一种高频石墨烯晶体管，韩国三星公司的研讨人员也现已制作出由多层石墨烯等资料组成的通明可曲折显示屏。
在动力范畴，石墨烯还能够用作电极资料。石墨烯是理论上最薄的资料，可用作通明导电膜的制作。石墨烯资料光的透过率在可见波段大于97%，导电功能也十分好，能够与稀有且贵重的氧化铟锡（ITO）相竞赛，而氧化铟锡遍及用于有机LED（OLED）显示器通明电极中。
奇特的石墨烯，跟着时下人们对它的知道越来越深化，各种运用越来越老练，将渐渐的变多地呈现在咱们的身边。石墨烯，这种二维的碳究竟会给人类国际带来什么样的改动？让咱们拭目而待。
