石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是由一個個碳原子在平面內(nèi)按照六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)排列形成的一種層狀材料。由于其厚度只有一個碳原子的大小，約為0.34納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的二十萬分之一，是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最薄的材料，石墨烯也被稱作是一種二維材料。
氧化石墨烯是石墨烯的“孿生弟弟”。自2004年英國物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用看似不可思議的“撕膠帶”的方法，從大塊石墨中剝離出科學(xué)家曾理論預(yù)言不可能穩(wěn)定存在的單層石墨烯以來，石墨烯這一科學(xué)名詞已變得家喻戶曉。短短十幾年，圍繞石墨烯的各項(xiàng)研究發(fā)展迅猛，并展現(xiàn)出極其廣闊的應(yīng)用前景。
正是由于這種特殊的二維原子結(jié)構(gòu)，石墨烯展現(xiàn)出了許多普通三維材料并不具備的奇異性質(zhì)。單層石墨烯的透光率高達(dá)97.7%，肉眼看過去幾乎是完全透明的。它有著絕佳的導(dǎo)熱性，熱傳導(dǎo)能力是金剛石的兩倍以上。石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度極大，比鋼鐵還要強(qiáng)200倍，如果把1平方米的單層石墨烯做成一張吊床，區(qū)區(qū)0.34納米的厚度便可以穩(wěn)穩(wěn)地承載一只貓。石墨烯還具有十分優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)電性比銀和銅還強(qiáng)，載流子遷移率比碳納米管和硅還高。
在眾多潛在應(yīng)用中，石墨烯凈水技術(shù)不僅在原理上具備較高的可行性，在實(shí)驗(yàn)室也取得了許多重大突破。眾所周知，活性炭作為一種常見的傳統(tǒng)污水處理材料，內(nèi)部有很多疏松的孔隙，具有很強(qiáng)的吸附能力。而石墨烯特殊的層狀和孔狀結(jié)構(gòu)，使其吸附能力是活性炭的成百上千倍。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過微觀調(diào)控、修飾與改性，制造出了許多種不同的具有超高效吸附特性的石墨烯基吸附材料，它們不僅能吸附超過自身質(zhì)量數(shù)百倍的污染物，還可以循環(huán)使用，大大降低使用成本?？梢哉f，石墨烯在污水處理和海水淡化方面提供了令人驚喜的全新解決方案。
正是由于這種特殊的二維原子結(jié)構(gòu)，石墨烯展現(xiàn)出了許多普通三維材料并不具備的奇異性質(zhì)。單層石墨烯的透光率高達(dá)97.7%，肉眼看過去幾乎是完全透明的。它有著絕佳的導(dǎo)熱性，熱傳導(dǎo)能力是金剛石的兩倍以上。石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度極大，比鋼鐵還要強(qiáng)200倍，如果把1平方米的單層石墨烯做成一張吊床，區(qū)區(qū)0.34納米的厚度便可以穩(wěn)穩(wěn)地承載一只貓。石墨烯還具有十分優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)電性比銀和銅還強(qiáng)，載流子遷移率比碳納米管和硅還高。
氣候變化給全球許多地區(qū)造成干旱，研究人員正在尋求淡化海水的廉價而有效的新技術(shù)。在目前的海水淡化技術(shù)中，最流行的是反滲透法（RO），鹽水被迫通過聚合物膜而過濾掉鹽離子。但是由于需要高壓的條件（500和1,000 psi之間 - 作為參考，汽車輪胎中的空氣大約為40 psi），以及浪費(fèi)問題（100加侖海水只能得到5到40加侖淡水），RO法效率低且成本高。
利用超薄石墨烯膜代替聚合物膜可有效改善上述問題。石墨烯是只有一個原子厚度的二維碳薄片。碳原子以六邊形的形式排列。石墨烯本身具有優(yōu)異的柔韌性、輕便性和堅固性。石墨烯作為一種高效反滲透膜的前景正在迅速實(shí)現(xiàn)，幾家公司和大學(xué)（尤其是麻省理工學(xué)院和英國曼徹斯特大學(xué)）已經(jīng)在制作脫鹽過濾器的設(shè)計。
由于石墨烯比傳統(tǒng)聚合物膜薄約1000倍，所以它的滲透性要高得多。如果一個市的RO工廠用石墨烯取代目前的聚合物膜，在仍然使用高壓泵的情況下，淡水產(chǎn)量將會大大增加。另外，石墨烯提供了一種可以替代目前昂貴泵的方法，因?yàn)槭┰谳^低的壓力下即可實(shí)現(xiàn)海水淡化。
研究人員目前正在研究的問題是如何有效地在石墨烯薄片上創(chuàng)建精確尺寸的孔隙——找到既不太大（否則鹽離子可以通過）又不太小（保證水分子可以自由通過）的最佳尺寸。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)利用氧化石墨烯可更好的實(shí)現(xiàn)這種目的。氧化石墨烯仍然是一個單原子厚度的薄片，但比純石墨烯更可行，并且具有優(yōu)異的防污性能。
海水淡化正迅速成為一項(xiàng)公共衛(wèi)生重點(diǎn)。最近我們在制造和操作大面積石墨烯方面取得的進(jìn)展意味著，隨著這些單原子厚的碳膜發(fā)揮作用，我們將在未來幾年內(nèi)看到一場革命。
（來源：www.163.com）