科學(xué)家們對(duì)石墨烯這一物質(zhì)的出現(xiàn)感到極其興奮，認(rèn)為它具有巨大的工業(yè)潛力，甚至預(yù)言它會(huì)顛覆由硅主導(dǎo)的芯片時(shí)代，在未來(lái)掀起一場(chǎng)技術(shù)革命。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

那么，你是不是很想知道石墨烯究竟是何方神圣呢？

未來(lái)神奇材料

石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)的、由碳原子組成的二維晶體。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，留下的痕跡就可能是幾層或者僅僅一層石墨烯。

石墨烯大概有一層原子那么厚，雖然是最薄的納米材料，但一點(diǎn)都不影響它的強(qiáng)韌性。由于碳原子之間化學(xué)鍵的特有性質(zhì)，石墨烯甚至比鋼還強(qiáng)韌、比鉆石還堅(jiān)硬。如果用一塊面積1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克的吊床便可以承受一千克物體。

同時(shí)，它還是地球上導(dǎo)電性最強(qiáng)、幾乎透明的材料之一，這也是石墨烯最有潛力的應(yīng)用——取代硅，提高電池效率，改善電腦、手機(jī)觸摸屏的效率。據(jù)說(shuō)用石墨烯代替硅，計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度將快上數(shù)百倍。

種種優(yōu)點(diǎn)使得石墨烯深受科學(xué)家們的歡迎，成為工業(yè)的新寵兒。但是不得不說(shuō)，想要將它生產(chǎn)出來(lái)卻不是一件容易的事。石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯，目前很難剝離出單層結(jié)構(gòu)。若要產(chǎn)出沒(méi)有雜質(zhì)的純凈石墨烯，更是難上加難了。因此，石墨烯的發(fā)展道路可謂是“前途光明，道路曲折”。

石墨烯的有趣新特性

我們需要更深入了解這一神奇材料，才能克服它的生產(chǎn)問(wèn)題。科學(xué)家們觀察到，在電場(chǎng)作用下，和一般金屬的帶電粒子相比，純凈石墨烯中帶電粒子的行為有點(diǎn)“異常”，它們會(huì)以相當(dāng)快的速度互相撞擊。與之相反的是，普通金屬內(nèi)部帶電粒子之間幾乎沒(méi)有任何交流和互動(dòng)。為什么石墨烯的帶電粒子會(huì)表現(xiàn)得如此瘋癲呢？

原來(lái)，這跟石墨烯的結(jié)構(gòu)有關(guān)。石墨烯有一個(gè)二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，而普通金屬內(nèi)部是三維結(jié)構(gòu)。石墨烯這種特殊的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)就如同一條“粒子高速公路”，使得所有帶電粒子（其中一些帶正電荷，另外一些帶負(fù)電荷）必須從這條高速公路中通過(guò)。它們以極快的速度運(yùn)動(dòng)——光速的1/300，在狹路相逢的情況下相互撞擊，室溫條件下每一秒會(huì)碰撞對(duì)方10萬(wàn)億次。

而且，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯內(nèi)部的活性粒子在發(fā)生強(qiáng)相互作用時(shí)，其表現(xiàn)出的“行為”類(lèi)似于水那樣的流動(dòng)液體，而穿過(guò)粒子的能量就像是在水中傳播的波一樣。這種情況可以用流體力學(xué)來(lái)描述，他們?yōu)榇诉€計(jì)算出了“石墨烯的相對(duì)論流體力學(xué)”模型。而無(wú)論是內(nèi)部電子的瘋狂相互碰撞，還是流體模型，在普通金屬中都是從未有過(guò)的情況。

芯片里的“黑洞”？

相對(duì)論流體力學(xué)一般只有在分析黑洞理論時(shí)才會(huì)用到，可是在研究石墨烯時(shí)竟然也會(huì)出現(xiàn)這種特性，這讓研究人員很是驚訝。這意味著，一片小小的石墨烯，或許就可以模擬宇宙內(nèi)部其他高能量系統(tǒng)的流體狀情況。

那么，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的石墨烯和復(fù)雜的宇宙天體相關(guān)聯(lián)的具體情況是怎樣的呢？

首先我們知道，世界大多數(shù)的情況可以用經(jīng)典物理學(xué)來(lái)解釋?zhuān)热缢侨绾瘟鲃?dòng)的？一顆球從高處拋下后的下落曲線是怎樣的，等等，這些只需用經(jīng)典物理學(xué)中的力學(xué)知識(shí)就能解釋。另一方面，如果是非常微小的物體，比方說(shuō)電子，就可以用量子力學(xué)來(lái)解釋和描述。而對(duì)于非常巨大且運(yùn)動(dòng)速度非常快的物體，如星系，則需要用愛(ài)因斯坦開(kāi)創(chuàng)的相對(duì)論物理學(xué)來(lái)描述。

但這并不是絕對(duì)的。比如在解釋宇宙中的超新星和黑洞等高能量系統(tǒng)時(shí)，就可以將其中兩者結(jié)合起來(lái)：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論和經(jīng)典物理學(xué)中的流體力學(xué)。

對(duì)于人類(lèi)目前的技術(shù)而言，在地球上模擬黑洞這樣的高能系統(tǒng)可以說(shuō)仍然遙不可及。相比之下，利用具有相同“相對(duì)論流體”的石墨烯來(lái)模擬黑洞、超新星的行為而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，則要簡(jiǎn)單得多。這可能意味著，石墨烯制成的芯片不僅很有希望成為下一代超薄電子產(chǎn)品的候選者，為我們帶來(lái)更快的數(shù)字運(yùn)算，可能還有助于科學(xué)家了解發(fā)生在宇宙遙遠(yuǎn)的另一端天體內(nèi)部的復(fù)雜量子現(xiàn)象。至于具體如何模擬，我們還得耐心等待科學(xué)家們的新消息