1968 年著名理論家Baughman通過計算認為石墨炔結構可以穩定存在，國際上的著名功能分子和高分子研究組都開始了相關的研究，但是并沒有獲得成功。漸漸地，人們開始懷疑石墨炔是否能被人工合成。

超級材料示意圖

　　直到2010年，中科院化學所李玉良研究員等提出了在銅片表面上通過化學方法原位合成石墨炔并首次成功地獲得了大面積(3. 61cm2)碳的新的同素異形體-石墨炔(graphdiyne) 薄膜。在這一過程中銅箔不僅作為交叉偶聯反應的催化劑、生長基底，而且為石墨炔薄膜的生長所需的定向聚合提供了大的平面基底。

　　通過訪問李玉良研究員，我們了解到，石墨炔這一巨大的“意外”，其實是該課題組多年的經驗積累。

　　李玉良課題組從源頭的分子設計開始進行研究，漸漸地試著合成一些分子的片段。但是僅僅是量變是不夠的，直到有一天意外靈感的迸發——在閱讀文獻的過程中，李玉良研究員突然聯想到了一種化學的方法有可能使石墨炔大面積成膜。于是，他們立即著手去做，質變發生了，世界震驚了!

　　“超級材料”的“超能力”

　　早在1968年，前蘇聯物理學家就提出了“菲斯拉格理論”并預測了具有奇特性能的虛構材料，它們具有天然材料所不具備的超常物理性質，這種人工復合結構或者復合材料就是“超級材料”。而超級材料的超能力則來源于科學家們新穎的設計思想。超級材料的設計思想昭示著人們可以在不違背基本的物理學規律的前提下，人工獲得與自然界中的物質具有迥然不同的超常物理性質的“新物質”，把功能材料的設計和開發帶入一個嶄新的天地。

　　正是由于超級材料與眾不同的超能力，使得新材料領域又掀起了一陣技術狂潮，各國都積極加入“超級材料”的研發行列。關于“超能力”的爭奪戰愈演愈烈，究竟誰的超能力更加奪人眼球?那些聽起來遙遠得如科幻電影般的橋段能否真的走出實驗室走進人們的生活?正是由于對未來世界充滿著期望與不確定，超級材料的爭奪戰也勢必將是一個未知數。

　　棋逢對手：石墨烯VS石墨炔

　　作為碳元素家族的新貴，石墨烯自誕生以來就成為了“神奇材料”的代名詞，各國的頂尖科研力量對它趨之若鶩，成就了它材料界翹楚的地位。然而石墨炔的出現，再次刷新了“石墨烯”這一新詞的熱度。二者棋逢對手，那么到底誰更勝一籌呢?

　　先來說說石墨烯的非凡之處。

　　石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，如果用一塊面積為1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克可以承受一只一千克的貓。

　　石墨烯目前最有潛力的應用方向，是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會提升數百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。同時，它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發光板和太陽能電池板。

　　作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”，極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。

　　石墨炔，是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一種新的全碳納米結構材料。它是由sp和sp2雜化形成的一種新型碳的同素異形體，是由1，3-二炔鍵將苯環共軛連接形成的具有二維平面網絡結構的全碳材料，具有豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬面間距、優良的化學穩定性，被譽為是最穩定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。

　　由于其特殊的電子結構及類似硅優異的半導體性能，石墨炔有望可以廣泛應用于電子、半導體以及新能源領域。

　　最近，中國科學院青島生物能源與過程研究所能源應用技術分所研究員黃長水帶領的研究小組與中科院化學研究所研究員李玉良合作，首次將石墨炔應用于鋰離子電池電極材料，并對其電化學儲鋰性能及儲鋰機制進行了詳細的分析研究，闡明了石墨炔結構、形貌與其電化學性能之間的構效關系，探索了石墨炔材料在鋰電池中的應用，這些研究為石墨炔家族的儲鋰性能研究以及探索新型碳素儲能材料提供了理論依據和實驗指導。研究表明，石墨炔是一種非常理想的儲鋰材料，且其獨特的結構更有利于鋰離子在面內和面外的擴散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能，從實踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲鋰能源材料，科學家也預測它在新能源領域將產生非比尋常的影響。

　　由此看來，在性能和應用前景方面，石墨炔的“超能力”絲毫不遜色于石墨烯，作為初登科學界風口浪尖的新型材料物質，來自中國的石墨炔成績自然也不會差。國內外的“超級材料”之爭才剛剛拉開序幕，石墨烯與石墨炔的對決還在繼續，不過我們有理由相信，中國科學家勢必會在這一次的高手過招中再下一城。
 

責任編輯：田雙

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