2004年，曼徹斯特大學2位研究員Andre Geim和Kostya Novoselov成功地從石墨中分離出了石墨烯，這項成果使得他們兩位在2010年榮獲諾貝爾物理學獎。其中，石墨烯的發(fā)現者之一、諾貝爾物理學獎得主Andre Geim曾經對石墨烯做過這樣形容：“石墨烯對很多人來說，就像愛麗絲仙境一樣，非常神奇。”

不知道大家還記不記得前一陣習大大訪問英國之旅，其中有個細節(jié)就是習大大專門去英國曼徹斯特大學石墨烯研究所參觀了一下。2015年10月23日，習大大參觀的曼徹斯特大學的國家石墨烯研究所（National Graphene Institute）以奪目之勢走進了石墨烯粉們的眼球。

神奇石墨烯，到底何方神圣？

石墨烯是一種研究性極強的多用途物質，是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，只有一個碳原子的厚度。碳原子之間相互連接成六角網格。鉛筆芯用的石墨就相當于無數層石墨烯疊在一起，而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的二維(2D)周期蜂窩狀點陣結構，它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene)，卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite)，因此石墨烯是構成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結構單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)， 是目前最理想的二維納米材料。

石墨、石墨烯、碳納米管和球烯之間的關系

石墨烯是迄今為止自然界最薄、強度最高的材料，具有透明、導電性強、可彎折、機械強度好等特征，可以被無線拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，還可以抵抗很高的壓力，它可以像鉆戒一樣堅韌，比鋼鐵強200倍，又像橡膠一樣堅韌。

石墨烯出現在實驗室中是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家Andre Geim和Kostya Novoselov發(fā)現他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯。

可提取石墨烯的石墨粉

石墨烯有著非同尋常的導熱性和導電性。自從2004年第一次被成功制造出來之后，就被科技界看好，認為它是一種顛覆性的全新材料，因其優(yōu)異的特性，許多人認為21世紀將成為“石墨烯時代”。

中國科學院院士、中國科學院金屬研究所研究院成會明認為，石墨烯的導電率很高，化學結構又十分穩(wěn)定，是一種用于移動電池、電源很理想的電極材料。可以和電子元件、電子設備進一步結合，以增強其它儲電設備的儲電率。

石墨烯的另一個神奇之處在于“零滲透”——所有氣體、液體都無法滲透，有著“針插不進，水潑不進”的本事。比如，給船體涂上石墨烯涂層，海水中重金屬離子等就無法穿透這層薄膜去腐蝕船體。

讓人感到驚奇的遠不止這些。石墨烯具有很強的吸附性，科學家正在研究用它做過濾裝置，用于海水淡化、污水處理等領域。它幾乎又是完全透明的，具有非常好的透光性，適合作為透明電子產品原料。

當石墨烯遇到3D打印

盡管目前大多數桌面級3D打印機都僅限于塑料線材，但許多制造專家都認為，3D打印技術更多的創(chuàng)造潛力蘊藏在范圍更廣的其他材料和應用特征上，比如我們現在討論的石墨烯材料。

2016年2月9日，美國Lawrence Livermore國家實驗室（LLNL）和加州大學Santa Cruz分校的科學家們宣布，他們首次使用超輕的石墨烯凝膠3D打印出超級電容，從而為產品設計師更加自由、不受設計限制地將高效能源存儲系統(tǒng)用于智能手機、可穿戴設備、可植入設備、電動汽車和無線傳感器打開了大門。

美國科學家用石墨烯3D打印出超輕超薄的超級電容

據了解，LLNL的研究團隊使用了一種被稱為直接油墨書寫（direct-ink writing）的3D打印工藝和該實驗室自己設計的氧化石墨烯復合油墨來打印微結構，制造出可以保留能量的超級電容，比當前使用電極制造的同類電容薄10到100倍。

這種3D結構的超級電容器充電速度非?？?/span>

這種石墨烯“線材”能夠通過擠出頭3D打印微結構，一旦3D打印成指定的結構之后，這個石墨烯對象還需要進行熱處理，以確保它具有石墨烯的所有特性，在此之后，這些3D打印的對象就可以用于各種處理，并仍會保持其石墨烯的性質。

顯微鏡下的3D打印石墨烯

2016年1月28日，該成果發(fā)表在《Nano Letters》雜志上，這項技術突破了2D制造的限制，用它可制造出各種各樣復雜的3D結構，這項技術可使我們在智能手機里為能量存儲系統(tǒng)留下一個很小的空間即可。這種超級電容器的充電速度非?？欤碚撋现恍枰獛追昼娀蛘邘酌腌娂纯赏瓿沙錆M電量。

Graphene 3D Lab推出的新型3D打印材料Graphene Flex Foam（石墨烯柔性泡沫）

關于3D打印技術與石墨烯的結合，另一個值得關注的事件就是：2015年11月23日，知名3D打印材料公司Graphene 3D Lab通過其電子商務網站向外界宣布推出新型3D打印材料Graphene Flex Foam（石墨烯柔性泡沫）。

該材料具備重量輕、可重構，具有多孔結構，而且易于使用和處理等特點

Graphene Flex Foam是一種多層獨立式柔性石墨烯泡沫，它將導電性彈性復合材料與超輕的石墨烯泡沫結合在了一起。這種泡沫，實際上是具有高導電性的三維化學氣相沉積（CVD），與復合材料結合，從而具備了石墨烯的多個優(yōu)良屬性。作為一種柔軟的泡沫，該材料具備重量輕、可重構，具有多孔結構，而且易于使用和處理等特點。

Graphene Flex Foam是在離子電池的電極制造中優(yōu)質的基本材料，非常適合用于穿戴電子產品，這是因為電子器件、傳感器和導線等都非常需要通過這種柔性的可穿戴材料來實現。

消息來源：ofweek