厚度為單個(gè)原子的碳薄層被稱為石墨烯，它有許多神奇的特質(zhì)：石墨烯很堅(jiān)固，擁有高導(dǎo)電性，柔軟而且透明。這使其有望成為制造靈活觸摸屏和超強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的原料。但是在實(shí)驗(yàn)室外很難制造出這么薄的碳薄層并用其來(lái)制造其他產(chǎn)品。

    在溶液中制造和加工石墨烯的先進(jìn)方法可以讓石墨烯大規(guī)模生產(chǎn)變得現(xiàn)實(shí)可行。萊斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)制造出了10倍于以前濃度的石墨烯溶液。他們用這些溶液來(lái)制造類似于顯示器電極的透明導(dǎo)電片，他們目前已經(jīng)發(fā)明了一些方法：高速旋轉(zhuǎn)石墨溶液以產(chǎn)生纖維和用于飛機(jī)及其他交通工具的結(jié)構(gòu)材料，這種纖維比如今的碳纖維更便宜。

    萊斯大學(xué)化學(xué)教授詹姆斯•圖爾（James Tour）說(shuō)，不管最終產(chǎn)品如何，以高濃度的石墨烯溶液作為起點(diǎn)是很理想的，但是現(xiàn)有的方法不可能達(dá)到這個(gè)程度。石墨烯不易溶，部分原因是由于其規(guī)模（尺寸），部分原因是因?yàn)槠浠瘜W(xué)性質(zhì)。石墨烯只有單個(gè)原子那么厚，但其表面積非常大。圖爾說(shuō)：“假如你想研究石墨烯，你就是在進(jìn)行稀釋工作，這很易于理解，因?yàn)檫@是一個(gè)極其巨大的分子。”

    萊斯大學(xué)的研究人員最近展示了更強(qiáng)的超強(qiáng)酸，其可以將石墨分離成石墨烯層，并且把它們制成溶液。不同于其他會(huì)改變石墨烯的方法（包括化學(xué)反應(yīng)），超強(qiáng)酸溶液不會(huì)降低材料的性能。圖爾說(shuō)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用這種溶液制造了低電阻的石墨烯層，目前正“竭盡全力”使用這種溶液來(lái)制造石墨烯纖維。

    大多數(shù)制作石墨烯的方法都是從石墨晶體開始的，包括從石墨晶體上剝離單原子厚度的石墨烯薄片，這通常會(huì)使用化學(xué)手段。洛杉磯加利福尼亞大學(xué)材料科學(xué)與工程教授楊陽(yáng)（Yang Yang）說(shuō)：“關(guān)鍵是制造單層的石墨烯，在這個(gè)過(guò)程中不破壞它，而且要大批量制造。”現(xiàn)存的一些方法是從石墨中制造石墨烯，并在溶液中進(jìn)行操作，包括在分子表面加入可溶性基團(tuán)，但這些化學(xué)變化破壞了石墨烯的電性能。

    萊斯大學(xué)的研究人員使用他們最初發(fā)明的制作碳納米管的方法來(lái)制作石墨烯溶液。大約5年前，由已故的諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德•斯莫利（Richard Smalley）領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)了高濃度硫酸，被稱為“超強(qiáng)酸”，其強(qiáng)大到通過(guò)在碳納米管表面覆蓋離子，使碳納米管變成溶液。去年，由化學(xué)家馬泰奧•帕斯奎里（Matteo Pasquali）帶領(lǐng)的萊斯大學(xué)團(tuán)隊(duì)演示了他們可以用碳納米管的超強(qiáng)酸溶液來(lái)制造幾百米長(zhǎng)的纖維，該團(tuán)隊(duì)已與一家較大的化學(xué)公司簽訂合約，來(lái)商業(yè)化該生產(chǎn)工序。

    該生產(chǎn)工序也可以降低用碳纖維制造的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的成本。這些材料已經(jīng)使用了幾十年，但由于制造工序很復(fù)雜，導(dǎo)致材料被浪費(fèi)，使得它們的價(jià)格一直都很昂貴。正如萊斯大學(xué)的生產(chǎn)工序，現(xiàn)如今的生產(chǎn)工序從腈聚合物纖維——其加熱后會(huì)轉(zhuǎn)化成石墨——開始，取代了直接用純碳制造纖維的生產(chǎn)工序。這些纖維被編織起來(lái)并粘合到一起制成大塊材料。圖爾說(shuō)：“它們被用于飛機(jī)，而不是應(yīng)用于汽車，因?yàn)槌杀咎吡?。如果我們可以做得更便宜，同時(shí)達(dá)到相同或更好的性能，那碳纖維將有可能得到真正的進(jìn)步。”

    石墨烯生產(chǎn)方法有兩個(gè)主要的應(yīng)用：透明電極和結(jié)構(gòu)材料。在這兩個(gè)領(lǐng)域中，它都能降低成本。位于俄亥俄州的美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory）高級(jí)材料研究工程師本紀(jì)丸山詠二（Benji Maruyama）說(shuō)，一種透明的導(dǎo)電材料銦錫氧化物（Indium tin oxide）被廣泛應(yīng)用于觸摸屏和太陽(yáng)能電池，它昂貴而且易損壞。美國(guó)空軍（U.S. Air Force）正在資助萊斯大學(xué)的研究。許多研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了石墨烯電極在導(dǎo)電性和靈活性方面的優(yōu)勢(shì)；萊斯大學(xué)的方法使大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯成為可能。