觀點丨三維石墨烯VS二維石墨烯，誰更勝一籌？

要問世界上最結實堅固是神馬東西？多數人的答案會是石墨烯（少數吃瓜群眾也可能會答鉆石）。

是啊，這個早在20世紀40年代就開始研究的神奇材料，被認為史上最結實、最輕薄、也是最有前途的跨世紀材料。英國曼徹斯特大學兩位科學家因為石墨烯的突破性實驗，還拿到了2010年諾獎。由于石墨烯具有優異的力學性能、熱學性能，電學性能以及良好的延展性，使其在高性能電子器件、導熱、催化及能源領域有著巨大的潛在應用價值。甚至未來學派、材料學家斷定，一百年后的世界都是由石墨烯建造的。

石墨烯Graphene跟鉆石一樣，都是純碳，由六邊形網狀原子構成，通過電子顯微鏡觀察，它就像蜂巢或者一塊細鐵絲網。厚度只有0.335納米，把20萬片薄膜摞起來，也只有一根頭發絲那么厚。

這種原子厚的碳原子鏈不僅超級結實，而且超級輕薄，柔韌性也超好，甚至跟塑料包裝一樣，可以隨意彎曲、折疊，像卷軸一樣卷起來。石墨烯的應用非常廣泛，觸摸屏、太陽能電池、能量儲存裝置、高速電腦芯片、建筑材料、防水涂層、過濾清污……

說了這么多都是為了「但是」做鋪墊的，石墨烯有個顯著缺點，正因為它太薄了，難以造出令人滿意的厚度，這大大限制了大顯身手的機會。所以呢，技術攻關——創建3D版的石墨烯成為世界頂尖科技高手的隱形擂臺。

終于這個世界級技術難關，被美國麻省理工學院MIT一幫子科技大神給攻下啦。就在2017年1月9日，Science Advances雜志詳細報道了這一科研成果，MIT研究團隊在實驗室里創造出【地球上最結實的新材料——多孔的三維石墨烯材料】。它是鋼材強度的10倍，密度卻不到鋼材的5%，甚至比多孔石墨烯還結實。 到底人家是怎么做到的？這個項目研究員Zhao Qin解釋說，他們在石墨烯的合成過程中，加大了熱量和壓力，用3D打印機讓小片石墨烯壓縮到一起，產生了類似于珊瑚那種復雜海綿狀結構，他們稱為「螺旋狀復雜幾何結構的放大3D打印模型」。最最重要的是，從理論上看，這是能夠形成新的超強和輕質材料的基礎模型，這些材料的基材甚至不必局限于石墨烯。明白了吧，重要的是幾何模型，而不是材料本身。當然了，人家用這種幾何模型設計下的石墨烯，自然要比該團隊此前創造的最強多孔石墨烯更堅固更結實，堪稱世界最強材料！

這就是被MIT科研團隊稱為「螺旋狀復雜幾何結構的放大3D打印模型」，計算機效果合成的三維石墨烯模型結構圖。看懂的，厲害了word哥。看不懂，接著看。

這是不同原子材料3D打印出來的模型，看得直觀些。還是那句話：重要的是幾何模型，而不是材料本身。盡管對于這種超級新材料，麻省理工材料研究團隊還沒來得及給TA取個正式名稱，但他們還是迫不及待地希望，這種超級材料和背后的幾何模型能夠盡早投入應用，從個人設備到建筑物……

大PK：

二維石墨烯是由碳六元環組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點陣結構, 它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbon nano-tube, CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite), 因此石墨烯是構成其他石墨材料的基本單元。

其性能的具體參數包括：

1、吸光率約為2.3%

2、導熱系數高達5300 W/m·K（高于碳納米管和金剛石）

3、常溫下其電子遷移率超過15000 cm²/V·s（比納米碳管或硅晶體高）

4、電阻率約10E^-8 Ω·m（比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料）

三維石墨烯（多孔石墨烯）材料是在石墨烯的片層中通過物理或化學的方法制造一些具有納米尺寸的孔洞，這些方法包括：化學氣相沉積法，溶液法，水熱法等。由于三維石墨烯的制備方法比較多，所以具體的性能參數尚沒有統一的數據。根據目前的進展，可以大致得出這樣的結論：

1、孔結構較好

2、表面活性較高

3、導電性及負載量較好（可以負載酶用作生物燃料電池）

4、傳質速率較高（可用作傳感器）

其實，他倆孰優孰劣只有用他們的材料人才好說，不同的研究方向，不同的應用場合都會出現不同的觀點，或許二維石墨烯在高性能電子器件上更勝一籌，又或許三維石墨烯在超級電容器中后來居上。小編想知道，你的觀點是什么呢？

本文轉載自知乎，鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/24869410以及https://www.zhihu.com/question/22461087。

材料牛石小梅編輯整理。