被視為「奇蹟材料」的石墨烯，早在二十世紀初期即被發現，但是二維(平面)晶體的石墨烯，一直被認為是一種假設性的結構，無法單獨穩定存在，因此也未受到重視。直到2004年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·蓋姆(Andre Geim) 和康斯坦丁·諾沃謝夫(Konstantin Novoselov) 為了證明石墨烯具有導電性與韌性，將石墨薄片黏在膠帶上，再把有黏性的一面對折後撕開，利用膠帶的粘性，將石墨薄片一分為二，再不斷重複這步驟。片狀的石墨越來越薄，終於成功分離出一片單層的石墨烯，證實了石墨烯可以單獨存在，也因此掀起全球學術界、產業界的一波波研究熱潮。兩人也因為這個開創性的實驗和發現，一同獲得2010年諾貝爾物理獎的肯定和榮耀。

究竟石墨烯和石墨有什麼關聯？又有何特殊或重要之處？

石墨（Graphite），又稱黑鉛（Black Lead），是碳的一種同素異形體（純碳元素所能構成的各種不同的分子結構），我們熟知的鉛筆芯、乾電池內部的電極，主要成分就是石墨。從結構上來看，石墨是一種層狀的材料，由一層一層的碳原子堆疊而成。從橫向來看，對每一層的碳原子而言，彼此牢固的結合在一起，十分穩定。但是從縱向來看，在層與層間的結合卻是較微弱的，也使得層間容易脫離。有人將石墨的這種結構形象類比成一本書，書中的每一頁紙，就像是一層碳原子，而石墨烯就是形成這書中每一頁的「紙」。這樣的形容，清楚描述了石墨和石墨烯之間的關係。

石墨烯的結構非常特殊，推翻了傳統理論中認為自然界無法找到穩定存在的二維結晶材料。只有一個碳原子層的厚度，約0.3奈米 (1奈米等於10億分之1米)，為一張A4紙張厚度的十萬分之一，一根頭髮的二十萬分之一。石墨烯是一種由碳原子是以六角形蜂巢晶格狀規則排列的平面薄膜，具有極優異的導電性，是銅的10倍，矽的200倍。石墨烯膜的重量，是相同大小紙張的千分之一，但是強度卻是鋼的200倍，同時具備出色的柔軟性和高於鑽石的硬度。石墨烯還是傳導熱量的高手，比最能導熱的銀還要強10倍，透明度極高，是目前世界上堪稱最薄、最堅硬、電阻率最小的奈米材料。石墨烯的問世，引起科學界相當大的震撼，被視為繼矽之後，可能改變世界暨21世紀最有前景的神奇材料，未來人們的日常用品，將更輕便、更耐用、更節能。

因為石墨烯具備前所未有的各項優勢，科學家與研究人員前仆後繼將其導入各項應用，包含半導體、觸控螢幕、電池、太陽能、醫療都可望因為石墨烯而有更新且重大的突破進展。

仿生醫學可以透過了解生物構造與運作原理，研發新的機械或技術，幫助解決人體缺陷帶來的不便。格拉斯哥大學（University of Glasgow）的研究團隊便利用石墨烯開發出一款柔軟的電子皮膚，由單層石墨烯製成只有一粒原子厚度的碳片，組成強韌且具有延展性的材料，堆疊在一個太陽能電池上。石墨烯不僅能導電，並且還是透明的，能讓98% 的光穿透到下面的太陽能電池中充電。當電子皮膚通電開啟後，義手便能夠像普通的手一樣觸摸，並能輕輕抓住物體。研究團隊持續嘗試將石墨烯電子皮膚材料延展，以覆蓋整個義肢或機器人等較大的範圍。除了人工肢體以外，這款電子皮膚只要搭配太陽能電池，即便在沒有電力的偏遠地區，也可運用感測器做健康監測，像是糖尿病患者的血糖狀況。這樣的成果，將大大造福了有身體缺陷或障礙的人們。

石墨烯未來極有可能超越矽的地位，成為機體電路的主幹，不但資料處理速度加快，採用石墨烯的資訊產品將會更薄、更輕，甚至螢幕可彎曲折疊，也更為持久耐用。石墨烯的誕生將大幅改善電池的效益，採用石墨烯做的鋰電池，將可提高儲能量。未來的手機和筆記型電腦，只需幾分鐘即可完成充電。也因為電池可以保持攝氏60度的強穩定的溫度，降低了因溫度過高帶來的風險。

石墨烯材質既輕且韌又強，可以用來創造出更多樣的複合材料，其他像是防腐蝕塗料的運用，汙水處理，海水淡化，提高防彈衣、防爆車的強度，幾乎無所不能的將出現在我們生活的周遭。但是，目前由於石墨烯生產成本高昂，難以量產，使得大規模使用的目標因此受到限制，因此在降低成本，增加產能的技術上，渴望有更大的突破和躍進。

石墨烯的發現對未來的工業產生革命性的影響，從國防、航太，到一般民生用品，不論是產品或材料的組合應用，其無限的潛力，勢必帶起一股科技創意的新風潮。相信在不久的將來，石墨烯成為21世紀的萬能材料，是指日可待的。

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- 新聞稿有效日期，至2018/01/10為止

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