有關石墨烯的一個想法

在化學元素周期表中，碳的位置並不特殊，但它卻是和人類關係最密切、是人類最早接觸和使用的化學元素。木炭可能是人類最早使用的碳材料，生活在遠古時代的人們不僅用木炭生火取暖，而且還用木炭在岩壁上作畫，甚至美容。儘管人們使用碳材料的歷史已經漫長得難以考究，但對碳材料家族中究竟有哪些成員仍然不敢說全然了解。富勒烯、碳納米管、石墨烯，這些都是近幾十年來碳材料家族中出現的「新」面孔。然而，它們在地球上也許已經存在了上百萬年。茫茫的林海中，升起了一股裊裊的青煙，那是遠古的人們正在烤制他們的美食。漫漫的寒夜裡，閃耀著幾點溫暖的火光，那是原始人在岩洞里圍著篝火跳舞，偶爾會有天才的藝術家在岩壁上用木炭留下他們深沉的思考。沒有人會懷疑，那些青煙中、火光中，那些岩壁上的炭畫中，一定會有數量可觀的富勒烯、碳納米管和石墨烯。不管怎麼說，石墨烯是2004年才被現代的人們所關注。那一年，曼徹斯特大學的海姆教授收到了一件朋友送給他的禮物──從垃圾桶中翻出來的、粘著石墨片的一段膠帶。正是這段從垃圾桶中翻出來的膠帶，才使得沉默了上百萬年的石墨烯走到世人面前，並且在幾年之後為海姆教授贏得了諾貝爾獎。

我們常常為自己生不逢時而嘆息。要是出生在拉瓦錫、或者門捷列夫年代，化學元素周期表中有那麼多的空格，說不定有幾個會以自己的名字命名呢。太早的事情沒資格眼紅，因為那時候我們還沒出生。就說說碳材料家族的這幾個新成員吧。1986年，富勒烯面世，那一年我剛剛步入大學校門。1991年，碳納米管面世，那一年我剛剛確定到研究生院繼續學習。那個時候，我還不知道什麼是科學研究，更不可能選擇什麼研究課題。2004年，石墨烯面世的時候，我已經忝為人師，也有幾個學生可以支配。可是那個時候，我的碳化硅研究剛剛取得了一些初步結果，自我感覺還比較良好，因此也就無暇旁顧了。真正引起我注意石墨烯的是2008年，那一年我評了20多份國家基金申請書，其中百分之八十以上都是有關石墨烯的，我才不得不閱讀一些關於石墨烯的文獻。實際上，我們所一些敏感的同事那時候已經在石墨烯方面做了相當不錯的工作。由於我對碳化硅情有獨鍾，所以沒有特別關注過。

我的興趣是高比表面積碳化硅，所以組裡大部分學生的工作都跟碳化硅相關。我們最初的方法是採用酚醛樹脂作為碳源、正硅酸乙酯作為硅源製備碳化硅。這種方法可以得到高比表面積的碳化硅，但要產業化還需要降低成本。有一個學生的工作是採用煤粉代替酚醛樹脂製備高比表面積碳化硅，產率還可以，但是碳化硅的比表面積不夠高。通過透射電子顯微鏡分析，發現產物是碳化硅納米顆粒，直徑約10個納米。雖然這些納米顆粒大小非常均勻，但不知道能有什麼新性質。我們測了一下這些納米顆粒的熒光發射性質，也沒發現有什麼特別之處。有一天，我正看著碳化硅納米顆粒的電鏡照片發獃的時候，突發產生了一個想法：如果用石墨烯把這些大小均勻的碳化硅納米顆粒包裹起來，會不會有些新的性質？比如說，熒光發射峰出現了非常明顯的位移。由於做碳化硅納米顆粒的學生就要畢業去別的地方工作了，我不得不考慮另找人做這件事。

正好在那個時候，所里給了我們組的兩個博士後指標，於是我就在「科學網」我的博客中發了廣告，時間是2009年5月。「科學網」雖然名氣很大，但並沒有帶來哪怕一、兩份博士後申請，最後還得從組裡的學生中找人做。有個太原科技大學的老師考上了我的博士，我讓她試試看看能不能用超聲方法將石墨烯包裹在碳化硅納米顆粒或納米線上。由於碳化硅與碳納米管形成複合物以後吸波性能會明顯提高，我覺得這種石墨烯包裹的碳化硅納米顆粒在吸波性能上也許會有一些讓人意外的表現。

時間過去了大半年，石墨烯包裹碳化硅的工作幾乎沒有進展。倒是能製備出石墨烯，就是包不到碳化硅的納米顆粒或納米線上。開始的時候，我還經常問問學生工作的進展情況。時間一長，我也開始懷疑自己當初的想法是否過於天真了。既然學生已經花了不少時間學會了製備石墨烯，現在讓她放棄這些重新做一個跟石墨烯毫不相干的工作實在有點兒殘酷。因此我就對她說，實在包不到碳化硅上就算了，可能碳化硅表面惰性太強。如果能用石墨烯包裹一些金屬氧化物的納米顆粒，也能得到一些新的結果。由於我對跟碳化硅無關的事情不太關心，慢慢地就把這件事忘了。

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