很多人可能不熟悉石墨烯，它是一種二維晶體，??由石墨材料剝離而成，由只有一個原子長度的碳原子組成。 如果要提到石墨烯在我們生活中的作用，可以這樣解釋：

石墨烯是目前自然界中最薄、強度最高的材料，其斷裂硬度比最好的鋼高200倍。 同時具有良好的彈性，拉伸幅度可達自身規格的20%。 如果用一塊面積為1平方米的石墨烯做一個秋千，它的重量不到1微克，可以承受一只1公斤重的貓。

石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，制造未來的超級計算機。 通過用石墨烯代替硅，計算機處理器的運行速度可以提高數百倍。 此外，石墨烯幾乎是完全透明的，僅吸收 2.3% 的光。 另一方面，它的密度如此之大，以至于即使是最小的二氧化碳原子（氦原子）也無法穿透。 這一特性使其特別適合作為透明電子產品的原材料，如透明觸摸屏顯示器、發光板和太陽能電池板。

石墨烯等二維碳材料因其特性和用途被稱為“黑金”。 然而，電子科學與技術學院的一名博士生卻讓石墨烯的制備變得非常簡單。

“銅液中產生氣泡，將二氧化碳引出熔體，二氧化碳在氣泡表面分解成碳原子，碳原子在氣泡表面聚集成石墨烯，然后跟隨氣泡熔化的銅表面飛入收集器中。氣泡不斷形成，優質石墨烯不斷生長。”

沒錯，石墨烯的制備就是這么簡單：從裝置的一端通入普通廉價的天然氣，在裝置的另一端就會源源不斷地形成優質的“黑金”石墨烯。 這是因為清凱院士提出的制備石墨烯的新思路，電子科學與技術學院基礎與前沿研究所2013級博士生唐永良實現了這一思路。

2017年底，唐永亮與于慶凱院士、祖曉濤院士在材料與物理科學領域的頂級期刊《材料物理》發表論文，系統地探討了該方法。 該刊審稿人認為，“該工作填補了傳統物理液相沉積法（CVD法）與氧化還原法之間的空白，將極大促進石墨烯的實際應用，有望進一步應用于其他大規模制備高質量的二維材料。” 也就是說，這種新方法不僅會讓石墨烯成為“白菜價”，還會為更多二維材料的量產開辟新途徑。

于慶凱是石墨烯生長領域的開拓者之一。 他首先提出并實踐了采用液相沉積法在銅表面生長石墨烯，在鎳箔上生長石墨烯的工作也得到廣泛應用。 而且，余慶凱當時哪里有全套液態金屬相關的實驗設備。 在實驗室里，唐永良通過這些方法，可以用非常簡單的大型設備在一小時內生產出9克石墨烯。 如果工業化，用小型設備生產，產量會更大。 無疑，這為石墨烯的廣泛應用突破了一個困境。

傳統制備方法無法兼顧

自從發現石墨烯以來，人們一直在研究和發現它在熱學、熱力學、力學等方面的各種神奇性質和巨大的應用前景，并嘗試以各種方式制備和生產它。 但目前流行的制備方法各有利弊，不可兼得：液相沉積法質量好但產值低，氧化還原法產值高但質量差。

于慶凱院士和唐永良博士在開始研究的時候就定下了一個目標，就是要找到產值和質量兼顧的方法。

大創新源于小改變

為了突破液相沉積法，唐永良在英國留學了一年半。 在于慶凱的指導下，唐永亮采用了在金屬液中“吹泡泡”的方法。 這種史無前例的做法，讓唐永亮成為“第一個吃龍蝦的人”。

實驗的療效正如他所料，“當金屬液發生反應時，氣泡會不斷形成，新的氣泡會產生新的沒有石墨烯的表面，氣泡會不斷形成，石墨烯將不斷形成。進而增加石墨烯的產值”。

為了找到一種催化效果最好的金屬，唐永亮像愛迪生尋找燈絲一樣，在多種金屬材料中進行篩選。 最后發現銅的療效最好，收率最高。 “石墨烯向下生長后，就像一張懸浮在海面上的油紙，漂浮在液態銅的表面。”

蜂擁而至的困境是如何收集懸浮的石墨烯？ 最容易想到的方法就是機械地撈出來。 但這些方法似乎既麻煩又低效。 疑惑之際，他偶爾和余慶凱院長交流，余慶凱說：“你怎么不吹下來？”

“這是重要提示！” 唐永良說，“石墨烯和液態銅的潤濕性很差，不會粘在一起。如果吹入二氧化碳，懸浮在液態銅表面的石墨烯就會飛起來，我們只需要設置安裝結束時收集一個罐子。”

唐永良說，“用我的方法，石墨烯的生產成本和氧化還原法差不多，每克只要幾塊錢，而且質量比氧化還原法高很多。”

推動石墨烯走向工業應用

經過一年半的研究，唐永良在2016年下半年摸索出一種相對成熟的石墨烯制備方法，他和余慶凱院長很快寫了一篇論文，對方法進行了梳理和總結。 因為這些技術是前所未有的，所以他們對這篇突破性論文的成功發表充滿信心。

2016 年，他們將論文提交給了《科學》和《自然》。 但沒想到，論文都被拒了。 《自然》編輯高度肯定了這種創新的制備方法，同時也尖銳地強調了這些方法的不足——與傳統的液相沉積法相比，氣泡液相法生產的石墨烯仍然更厚。

盡管經歷了磨難，但這一最初的成就并非沒有缺陷。 此后，唐永亮和于慶凱對研究進行了優化，投稿至《材料物理》雜志，成果順利發表。 現在，唐永良正在努力解決如何通過“破泡”和“調整二氧化碳含量”來進一步優化這項技術的產量和質量，希望在不久的將來再次進入《科學》和《自然》未來 。

作為新材料中的“黑金”，石墨烯在電子、導電涂料、防腐涂料、儲能設備、航空航天等領域有著巨大的潛在市場有待挖掘。

“用不了多久，石墨烯就會廣泛進入我們的生活，改變世界！” 唐永亮說。

在科研的道路上，電子科學與技術學院科研人員從未停下腳步。 他們“求真求實，滿腔熱情”，銳意創新，報效國家、報效社會，期待他們取得更好的科研成果！

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（注：素材來源于電子技術研究所官網）