石墨烯是一種二維晶體，的特性是其中電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。這使得石墨烯中的電子，或更準(zhǔn)確地，應(yīng)稱(chēng)為“載荷子”（electric charge carrier），的性質(zhì)和相對(duì)論性的中微子非常相似。

　　人們常見(jiàn)的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。

　　石墨烯是由碳原子按六邊形晶格整齊排布而成的碳單質(zhì)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。其完美的晶格結(jié)構(gòu)，常被誤認(rèn)為很僵硬，但事實(shí)并非如此。石墨烯各個(gè)碳原子間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形。這樣，碳原子就不需要重新排列來(lái)適應(yīng)外力，這也就保證了石墨烯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，使得石墨烯比金剛石還堅(jiān)硬，同時(shí)可以像拉橡膠一樣進(jìn)行拉伸。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)還使石墨烯具有的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來(lái)原子而發(fā)生散射。由于其原子間作用力非常強(qiáng)，在常溫下，即使周?chē)荚影l(fā)生擠撞，石墨烯中的電子受到的干擾也非常小。

　　石墨烯被證實(shí)是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的薄、堅(jiān)硬的物質(zhì)。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)James Hone等人近發(fā)現(xiàn)，鉛筆石墨中一種叫做石墨烯的二維碳原子晶體，竟然比鉆石還堅(jiān)硬，強(qiáng)度比世界上的鋼鐵還要高上１００倍。這種物質(zhì)為“太空電梯”超韌纜線的制造打開(kāi)了一扇“阿里巴巴”之門(mén)，讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的２。３萬(wàn)英里長(zhǎng)（約合３７０００千米）太空電梯可能成為現(xiàn)實(shí)。其厚度只有0.335納米，把2000片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。單層石墨烯幾乎透明，其分子排列緊密，即使原子尺寸的氦也不能通過(guò)。美國(guó)機(jī)械工程師杰弗雷·基薩教授用一種形象的方法解釋了石墨烯的強(qiáng)度：如果將一張和食品保鮮膜一樣薄的石墨烯薄片覆蓋在一只杯子上，然后試圖用一支鉛筆戳穿它，那么需要一頭大象站在鉛筆上，才能戳穿只有保鮮膜厚度的石墨烯薄層。 　　石墨烯的另一特性是，其導(dǎo)電電子不僅能在晶格中無(wú)障礙地移動(dòng)，而且速度極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的移動(dòng)速度。還有，其導(dǎo)熱性超過(guò)現(xiàn)有一切已知物質(zhì)。石墨烯的上述特性非常有利于超薄柔性O(shè)LED顯示器的開(kāi)發(fā)。據(jù)了解，韓國(guó)三星公司的研究人員已經(jīng)制造出由多層石墨烯等材料組成的透明可彎曲顯示屏。

　　為了進(jìn)一步說(shuō)明石墨烯中的載荷子的特殊性質(zhì)，須先對(duì)相對(duì)論量子力學(xué)或稱(chēng)量子電動(dòng)力學(xué)做一些了解。

　　經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)能量較低的電子遇到勢(shì)壘的時(shí)候，如果能量不足以讓它爬升到勢(shì)壘的頂端，那它就只能待在這一側(cè)；在量子力學(xué)中，電子在某種程度上是可以看作是分布在空間各處的波。當(dāng)它遇到勢(shì)壘的時(shí)候，有可能以某種方式穿透過(guò)去，這種可能性是零到一之間的一個(gè)數(shù)；而當(dāng)石墨烯中電子波以極快的速度運(yùn)動(dòng)到勢(shì)壘前時(shí)，就需要用量子電動(dòng)力學(xué)來(lái)解釋。量子電動(dòng)力學(xué)作出了一個(gè)更加令人吃驚的預(yù)言：電子波能百分百地出現(xiàn)在勢(shì)壘的另一側(cè)。

　　以下實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子電動(dòng)力學(xué)的預(yù)言：事先在一片石墨烯晶體上人為施加一個(gè)電壓（相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘），然后測(cè)定石墨烯的電導(dǎo)率。一般認(rèn)為，增加了額外的勢(shì)壘，電阻也會(huì)隨之增加，但事實(shí)并非如此，因?yàn)樗械牧Ｗ佣及l(fā)生了量子隧道效應(yīng)，通過(guò)率達(dá)100%。這也解釋了石墨烯的超強(qiáng)導(dǎo)電性：相對(duì)論性的載荷子可以在其中完全自由地穿行。

　　總結(jié)一下特性：　基于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，石墨烯具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積、高導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度高、易于修飾及大規(guī)模生產(chǎn)等。

　　Rice大學(xué)研究人員正在著手研究一類(lèi)存儲(chǔ)單元密度至少為閃存兩倍的石墨烯片狀存儲(chǔ)器。

　　石墨烯（Graphene）是由沒(méi)有卷成納米管的純炭原子薄膜構(gòu)成，在此之前石墨烯已被用于IBM的超快速晶體管原型產(chǎn)品及其它領(lǐng)域。此次，由Rice大學(xué)教授James Tour領(lǐng)頭的科研小組首次將石墨烯用于架構(gòu)更簡(jiǎn)單的雙端存儲(chǔ)器件。

　　與晶體管這類(lèi)三端器件不同，“我們（所研發(fā)）的石墨烯存儲(chǔ)器單元僅有兩個(gè)端子，”Tour表示，“通過(guò)在存儲(chǔ)單元兩端加不同電壓就可以完成對(duì)存儲(chǔ)單元的讀/寫(xiě)或刪除。”

　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)加3.5V的電壓來(lái)斷開(kāi)石墨烯片之間的連接通道可清空存儲(chǔ)內(nèi)容。一個(gè)1V的信號(hào)允許電路將控制存儲(chǔ)單元，決定其處在‘導(dǎo)通’或‘閉合’狀態(tài)。

　　目前尚不知這一操作的確切機(jī)理，但Tour的猜測(cè)是由擦除電壓所導(dǎo)致的機(jī)械開(kāi)路場(chǎng)會(huì)由寫(xiě)信號(hào)修復(fù)。

　　實(shí)驗(yàn)中所用存儲(chǔ)器件為厚度僅為5~10個(gè)原子的沉積薄膜，數(shù)據(jù)位單元僅為5納米。Tour表示，因?yàn)槭┢槐乇３诌B續(xù)的狀態(tài)，因此位單元的尺寸將幾乎完全取決于能將其引線做到多細(xì)。由于石墨烯片存儲(chǔ)器僅有兩個(gè)端子，可將其置于尺寸極小的交叉開(kāi)關(guān)之間。

　　Tour 表示，“我們通過(guò)化學(xué)氣相沉積法得到石墨烯片，但是不一定非要形成完美的單層，甚至可以斷開(kāi)的，因?yàn)閿嚅_(kāi)的狀態(tài)似乎并不影響它工作。這是一種非常非常寬容的處理工藝?！?/P>

　　其它非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的閉合-斷開(kāi)電流比只能達(dá)到100~1甚至10~1，而采用石墨烯片能將閉合-斷開(kāi)電流比做到10,000 ~1000，000~1，這樣石墨烯片存儲(chǔ)器的位單元可緊湊地放置在一起并且能將導(dǎo)致存儲(chǔ)器發(fā)熱的漏電流做到非常小。在以后元器件中，低功率操作和雙端子結(jié)構(gòu)同時(shí)還被引入三維結(jié)構(gòu)。

　　早期的超密集密度非易失性存儲(chǔ)器由NASA提供研發(fā)基金，但Tour所領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組現(xiàn)已獲得了某個(gè)未透露名字的半導(dǎo)體制造商為其提供的資金支持，用于今后進(jìn)一步研發(fā)。

　　石墨烯可以應(yīng)用于晶體管、觸摸屏、基因測(cè)序等領(lǐng)域，同時(shí)有望幫助物理學(xué)家在量子物理學(xué)研究領(lǐng)域取得新突破。中國(guó)科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無(wú)法生長(zhǎng)，而人類(lèi)細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn)石墨烯可以用來(lái)做繃帶，食品包裝甚至抗菌T恤；用石墨烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管，因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極，使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來(lái)開(kāi)發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬(wàn)英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。