近年來，石墨烯成為全球科技界最青睞的新材料之一，包括我國在內的世界各國都在大力投入研發。實際上，石墨烯并不神秘，我們每次用鉛筆畫一道線，都會產生石墨烯的碎片。簡單地說，石墨烯是由六角形的網眼狀結合的碳原子構成，厚度只有1個碳原子大小，是構造其他碳質材料的基本單元。作為科技大國，日本正全力攻關石墨烯，其進展、做法值得我們關注與借鑒。　　
   石墨烯的優異特性　　　

   石墨是制造鉛筆芯的材料，它是一種只有碳構成的物質，由平坦排列的數層碳原子層堆積在一起構成。數世紀前，人們就知道石墨的層狀結構，并嘗試將其分開，不過一直未能成功。2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫偶然發現，在很普通的石墨碎片上用透明膠帶粘貼，能夠成功剝取出一個原子厚度的石墨烯。石墨烯太薄了，厚度僅為約0.3納米，約300萬張石墨烯重疊在一起，才能達到1毫米的厚度，所以可以看做二維材料。　　　　

   這種極薄的碳膜具有很大的潛力，其硬度和鉆石持平，電導性是硅的100倍，拉伸強度是鋼鐵的200倍，在常溫下化學性質也非常穩定，電子移動速度超過現今發現的任何物質，即使受熱和通電，也能維持穩定、規則的六角形形狀，具有令人驚嘆的光學和熱學特性，而且它幾乎是透明的。　　　

　由于這種優異的特性，石墨烯的應用前景非常廣闊。如果用石墨烯來制造智能電話和平板電腦，就不用再擔心屏幕摔壞的情況，由此制成的屏幕能折疊甚至被揉成團。除此之外，目前石墨烯最有潛力的應用是作為硅的替代品，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快數百倍。　　　　

  正是由于石墨烯的發現產生了物理學和電子工程學上的劃時代革新，其發明者安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫才在2010年獲得了諾貝爾獎。剛剛發現新材料幾年時間就能獲得諾貝爾獎，足以說明這一發現有多么重要。　　　　

  地球上的天然石墨蘊藏量達到1億噸以上，并且不斷有新的礦山被發現，是一種非常豐富的資源。由于天然石墨本身就是高純度的石墨烯的層積體，所以只要能夠高效剝離天然石墨，就可以大量生產石墨烯。隨著石墨烯的發現，全球的研究所都開始研究石墨烯材料，日本在研發與產業化方面的雙輪驅動尤其明顯。　　　　

  研發與產業化雙輪驅動　　　

 在日本，大學和研究機構都在大力開發石墨烯，并且相繼取得了一些突破性成果。　　　　

  2013年7月，日本名古屋大學教授伊丹健一郎率領的研究小組宣布，他們開發出一種像馬鞍一樣的碳納米分子，并將其命名為“彎曲納米石墨烯”。由于碳分子之間有大量微小的空間，易溶到乙醇等有機溶劑中，因此可以用到電子基板上，用于制造太陽能電池和電子元件等。如果向溶有這種新型碳納米分子的溶液照射紫外線，這種分子能發出綠色的熒光，所以它還有望用于生物成像為代表的醫療領域。　　　　

  2014年12月，日本東北大學助教伊藤良一率領的研究小組宣布開發出了一種新型電極，有望利用石墨烯材料替代鉑作為催化劑，來制造燃料電池車所需的氫燃料。長期以來，燃料電池車的電池成本居高不下，原因之一就是電池中需要使用“白金”——鉑作為催化劑。科學界一直在研發用其他廉價材料作為替代催化劑。研究人員指出，如果在石墨烯催化劑中再加入鎳，其制氫能力就可以超越鉑，預計將此技術市場化后，可以使燃料電池成本大大下降。　　　

　日本企業也積極參與石墨烯開發。石墨烯平臺公司就是一家代表性的企業。該公司自2001年開始參與石墨烯的研究開發，于2012年9月在東京工業大學橫濱創業園內開設了石墨烯研發中心，實現了產學合作，2012年6月又與英國劍橋大學的研究人員在劍橋設立了子公司“劍橋石墨烯平臺有限公司”。隨后，英國劍橋大學也向該公司注入了資金。2015年4月，石墨烯平臺公司開發的大量生產石墨烯的技術獲得專利。迄今為止，該公司已經在20個國家獲得了5項基本專利。　　　　

  降低成本是克服石墨烯商業化瓶頸的關鍵。在這一方面，日本大阪瓦斯公司開發出了將成本減半的技術，制造方法是將來自煤炭的芴(一種提取自煤焦油的有機化合物)與水混合，作為添加劑，然后與石墨高速撞擊，從而制造出石墨烯。ADEAK公司則獲得了東京大學教授相田卓三開發的石墨烯新生產技術的專利權，這種制造方法是向離子液體中的石墨照射微波制造石墨烯，在30分鐘內，就可以高效獲得高濃度和高品質的石墨烯。目前已經開始銷售石墨烯分散液、粉末等樣品，2020年準備進入商業生產。　　　　

  開發前景仍存不確定因素　　　　

   日本石墨烯技術的發展，與政府開展產官學合作開發不無關系。日本文部科學省制定了多個發展納米技術的戰略目標，并由下屬機構制定了研究開發方法，具體的課題就是碳納米管、石墨烯等碳納米電子技術。2009年后，作為國立研究開發法人的產業技術綜合研究所一直致力于石墨烯大量合成技術的開發，研究合成方法、剝離方法和薄膜化以及應用等。但是，石墨烯的實用化仍面臨著堆積如山的難題，單靠一個組織恐怕難以克服。因此，產業技術綜合研究所在2014年4月建立了“石墨烯共同體”，作為加速石墨烯相關材料開發和實用化的業界合作場所，舉辦研討會和推進會員間的合作。　　　　

  日本“全球信息”株式會社2015年4月公布的一份報告顯示，在2015年至2025年，在汽車、航天、能源、電子、復合材料領域，石墨烯都將得到應用。不過，高成本、市場尚不成熟、知識不足以及大量生產比較困難，仍在遏制石墨烯市場的形成。其中的根本問題在于大量廉價制造石墨烯的方法尚未完全解決。　　　

　另一個需要注意的問題是這種材料過于萬能，反而妨礙其在市場上尋找適當的地位。一個明顯的例子就是尼龍，尼龍被開發出之后，很短時間就實現了商品化，這是由于很快找到了用于制造女性長襪這樣一個適當的市場。材料的應用領域相對有限，迅速獲得經濟成功的概率反而更高。上世紀90年代發現的碳納米管曾一度廣受關注，不過如今卻歸于沉寂，石墨烯要想避免這種命運，還有很多課題需要攻關。