多功能石墨烯薄外套

朱文欢

上海交通大学物理与天文系

博士研究生

1　概要与要点描述

1.1　石墨烯薄外套的多功能性

自2004年问世以来，石墨烯作为新兴的超轻薄纳米材料，依靠其良好的导电性能、超高的机械强度、完美的透光性，迅速在世界科学界激起了巨大的波澜。它的发现者（盖姆和诺沃肖洛夫）也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。利用这些杰出的特性，科学家们正在积极探索石墨烯纳米材料在防弹衣、柔性触摸屏、传感器、太阳能电池、超级电容、电子纺织品、微型处理器等领域的应用。

结合这些应用，再加上石墨烯自身轻薄的特点，我们预见它将可以做成一件多功能石墨烯薄外套［见图1（a）］，并将具备以下特性：它只有原子层那么薄，比羽毛还要轻，穿在身上完全感觉不到它的重量［见图1（b）］；它可以挡住快速飞来的子弹［见图2（a）］；它能高效吸收太阳能，大量存储电能［见图2（b）］；通过触摸控制，它能显示任意的彩色图案［见图2（c）］；它能测量体温，并能智能调节自身温度使人体达到最佳舒适度［见图2（b）］。

图1　石墨烯薄外套
（a）石墨烯薄外套
（b）外套的轻薄特性

图2　外套的（a）防弹、（b）储能、测温和（c）显示特性^[1]

1.2　面临的挑战

这样的一件石墨烯薄外套将是对传统服饰的彻底颠覆，然而要实现它，困难在于如何充分发挥石墨烯纳米材料的各种特性，如何完美融合它在多领域的应用。因此，它需要大量跨学科、跨地区的科研人员的戮力合作（见图3），需要人类在石墨烯纳米电子技术上取得历史性地突破。

图3　制备石墨烯薄外套需要多学科的共同努力

2　应用意义与前景

迄今为止，石墨烯纳米材料已经得到了世界各地的研究人员和工业界，甚至是政府官员的广泛关注，世界顶级学术期刊《自然》和《科学》每年都在乐此不疲地刊登有关石墨烯的文章。从发现到现在，短短十一二年，科学家对石墨烯的研究已经取得了辉煌的成就，很多成果已经迅速产业化。国际知名跨国公司Intel、IBM凭借着对半导体发展命脉的长期掌控，未雨绸缪、捷足先登，率先成立了石墨烯研究中心。

作为有望取代硅材料而成为下一代新型半导体材料的石墨烯，在不久的未来，必将在纳米技术领域大展拳脚，为人类的科技进步发挥至关重要的作用。借助于石墨烯的超高性能，我们预见的多功能石墨烯薄外套，一旦实现产业化，那么它将给传统服装领域带来一场全新的技术革命，将给人类带来一次完美的穿着体验。其中蕴含的经济效益将是无法估量的，它将对提升世界人民的生活水平起到关键性的作用。

【注释】

[1]图2（c）中外套上显示的图案为上海交通大学120周年校庆纪念徽标。