石墨烯是一個既古老又新穎的材料，觀察石墨烯的排列型式，可發現其與石墨的單原子層相同，呈現蜂巢狀的單層二維晶體，但在物理特性上，卻無一材料與其相仿。它不僅是目前世界上最薄的也是最強韌的材料、透光率高達97.7%，且是目前已知的材料中電阻率最小的，甚至比銀還低。早在1947年，開始探索單層石墨原子的物理特性理論不斷出現，但在漫長的時間中，儘管有許多的嘗試，甚或偶然的發現少層的石墨原子，但均未能成功的證實並量測其物理特性，直到 2004 年，單層石墨烯才在實驗室中被成功的從石墨中穩定分離。

 

 

 

 

 

 

儘管距離石墨烯獲頒諾貝爾物理學獎已經有一段時間，但是石墨烯及相關的研究熱潮並未消退。2018年三月物理學家甚至在具有「神奇」堆疊角度的雙層石墨烯中發現嶄新的超導特性，可能最終成為實現室溫超導的夢幻材料。石墨烯引領的風潮，不僅僅是在研究石墨烯本身，近年來由石墨烯所掀起全新的研究領域「二維新穎材料研究」，許多與石墨烯同樣既古老又新穎的材料被陸續推上了研究的前沿：如二維氮化硼、過渡金屬二硫族化合物與三硫族化合物等二維材料。它們的共同特色都是如石墨烯一樣的形式：側面具有穩固的鍵結形成二維層狀結構；層與層之間僅有微弱的凡德瓦鍵。這樣的凡德瓦結構將可如石墨烯，以機械剝離的方法製備，並且因其層與層之間鍵結微弱，因此可以更自由的堆疊形成異質結構。這樣的特性讓科學家如同樂高積木一樣堆疊不同特性的材料，形成具特定功能的結構甚或元件，是名副其實的「夢幻仙境」。而海姆與諾沃肖洛夫所建立的機械剝離、光學顯微鏡與拉曼光譜等方法，也有趣的成為現在研究這些新穎材料時的重要技術之一。

 

責任編輯：郭啟東／國立中山大學