一層碳原子，厚度僅有0.334納米，卻是世界上已知最薄、強度最高的材料。保鮮膜厚的石墨烯，可以承受一頭大象立于鉛筆之上產(chǎn)生的壓力。它的強度是鋼的200倍，導(dǎo)電率是銀的1.6倍，導(dǎo)熱系數(shù)是銅的13倍，它是完美的柔性透明材料。自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯備受推崇，被公認為是可以改變世界的“新材料之王”。

2004年，英國兩位科學(xué)家用透明膠帶粘住石墨，然后對折撕開，這樣石墨一分為二又薄了一層，一遍又一遍地重復(fù)這個過程。石墨片越來越薄，最終得到了只有一層碳原子的石墨烯。

高品質(zhì)石墨烯晶圓，是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略材料，在集成電路、微機電系統(tǒng)和傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2020年，劉忠范團隊實現(xiàn)了石墨烯晶圓的量產(chǎn)。不僅如此，他們還突破了石墨烯從銅基底往金剛石、硅基等不同基底上的無損轉(zhuǎn)移。

檢測結(jié)果表明，新制備的石墨烯晶圓良品率超過95%。這意味著，他們?yōu)樾乱淮咝阅茈娮优c光電子芯片，奠定了堅實的材料基礎(chǔ)。

一幅石墨烯電暖畫，可以為一間20平方米的房屋供暖；石墨烯異常的強韌性可以防彈；添加了石墨烯的電池，容量更大且輕便；石墨烯還可作為硅的替代品制造超微型晶體管以及新一代電子元件，從而大幅提高計算速度。

液態(tài)金屬，極有可能打破科幻與現(xiàn)實的藩籬

1991年上映的《終結(jié)者2》，被譽為90年代的科幻經(jīng)典。片中的機器人由閃耀著金屬光澤的流體構(gòu)成，為了偽裝，它可以隨意變形。無論遭遇什么傷害，都能夠快速自修復(fù)。

這個震撼的形象令材料科學(xué)家劉靜念念不忘。劉靜研究的液態(tài)金屬，極有可能打破科幻與現(xiàn)實的藩籬。

在元素周期表的118個元素中，金屬占據(jù)96席，其中只有零星幾種金屬在常溫下處于液態(tài)，人們把這類金屬統(tǒng)稱為液態(tài)金屬。

劉靜帶領(lǐng)團隊相繼發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬許多超乎想象的奇特現(xiàn)象。比如，在電解質(zhì)中，液態(tài)金屬會在電極作用下發(fā)生定向運動。它們可以在比自身體積小數(shù)十倍的狹小空間自由穿梭，也可以實現(xiàn)坡道蠕動、自由塑形。磁場作用下，液態(tài)金屬可實現(xiàn)變形、重構(gòu)。它甚至擁有生命最基本的特征，可以產(chǎn)生節(jié)律性和周期性運動，就像人體心臟的跳動。

不過，迄今為止，關(guān)于液態(tài)金屬的應(yīng)用卻少之又少。因此在科學(xué)界，液態(tài)金屬仍被公認為前沿科技。

2001年，劉靜團隊在國際上首次提出液態(tài)金屬計算機芯片冷卻技術(shù)。后來，美國國家航空航天局也將液態(tài)金屬散熱技術(shù)列為未來前沿技術(shù)。

劉靜團隊新制的液態(tài)金屬導(dǎo)熱膏的熱導(dǎo)率是水冷效果的四十多倍，風(fēng)冷的一千倍。這意味著，發(fā)端于中國的液態(tài)金屬冷卻技術(shù)，有能力解決高端芯片及器件面臨的熱脹難題。不久的將來，它或?qū)⒊蔀楦叨擞嬎銠C的標配。

耐高溫、御嚴寒！它，如何成為“祝融號”的超級戰(zhàn)服？

2021年5月，中國籍“祝融號”探測車從地球出發(fā)，奔向火星。

在遙遠的火星，環(huán)“祝融號”溫度的變化區(qū)間從1200°C到零下55°C，溫差接近1300°C。面對冰與火的極限挑戰(zhàn)，中國科學(xué)家曾尋遍全球，希望找到一種特殊的材料，為“祝融號”制作一件高溫時耐火、低溫下御寒的超級戰(zhàn)服。

近乎絕熱的隔熱能力、質(zhì)量輕到可以忽略不計，氣凝膠一舉打敗萬千對手，成為“祝融號”戰(zhàn)服材料的不二選擇。

二十萬倍的掃描電鏡下，氣凝膠呈現(xiàn)納米級網(wǎng)狀骨架，體積超過99%的孔隙全部由空氣填充。

空氣是熱的不良導(dǎo)體，被網(wǎng)限制的空氣在氣凝膠內(nèi)無法流動，以致氣凝膠的導(dǎo)熱率比空氣還低，它無可厚非地成了隔熱材料界的超級明星。

曾從事水泥研究的沈曉冬團隊制備出一種新型氣凝膠。歷時三個月，耐1200°C高溫的動力電池隔熱材料，國際首創(chuàng)的新型氣凝膠產(chǎn)品誕生了。

動力電池一旦熱失控，從冒煙到爆炸僅需5至6秒，如果用氣凝膠在電芯與電芯之間修筑一道防火墻，那么某一個電芯熱擴散失控，熱量不會很快傳到臨近電芯。

氣凝膠制成的催化劑，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)加大了接觸面積，催化效果更加顯著；氣凝膠海綿般的吸附性，曾深入太空捕捉塵埃，未來或許還可以治理大氣污染，甚至凈化污水。作為新材料的翹楚，氣凝膠向人類開放了全部可能。人類也必將帶著好奇，解鎖并創(chuàng)造更多氣凝膠的未來。

傳說中的超導(dǎo)材料，居然是這樣制造出來的……

1911年，科學(xué)家把汞冷卻到零下269°C左右時，發(fā)現(xiàn)汞的電阻突然消失了即零電阻。零電阻意味著通電不會產(chǎn)生熱損耗，那是傳說中的第一個超導(dǎo)體。

如今，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了55種元素有超導(dǎo)能力，并創(chuàng)造出上千種具有超導(dǎo)屬性的合金、氧化物甚至有機物。在眾多超導(dǎo)材料中，鈮鈦合金被認為是可以建造強大磁場的優(yōu)選材料。

郭強，是全球唯一掌握鈮鈦超導(dǎo)材料制造全流程的團隊的首席工程師。2010年，他們制造的產(chǎn)品，打敗了國際上的強勁對手，獲準應(yīng)用在全球最大的核聚變工程實驗堆ITER。

鈮鈦合金棒材被封裝在99.99%高純度銅管內(nèi)，制成超導(dǎo)單芯。銅是電和熱的優(yōu)良導(dǎo)體，當鈮鈦合金失去超導(dǎo)能力時，銅可以為電流和熱量提供備用通道。

在長達9萬多米的細線內(nèi)部，是3288根比毛發(fā)還細的芯絲，直徑不到10微米，已經(jīng)臨近斷裂的極限。這般纖細的超導(dǎo)線材，可以承受更大的電流，意味著通電會形成更加強大且穩(wěn)定的磁場。

戳視頻，看郭強團隊為中國最新一代聚變實驗堆研制的超導(dǎo)線材↓↓↓

超導(dǎo)材料，被稱作“當代科學(xué)的明珠”，核磁共振、磁懸浮列車、超導(dǎo)電機、電纜，凡是用到電的地方，超導(dǎo)體都可能帶來顛覆性的影響。

求木之長，必固其根本

欲廈之高，必牢其基礎(chǔ)

制造強國，必是材料強國

來源：央視財經(jīng)