新材料確實可以改變世界。我們用青銅器時代、鐵器時代來稱呼歷史時期是有道理的?；炷?、不銹鋼和硅的發(fā)明讓我們進入了現代。現在，一種由單層原子構成的新材料出現了，它們擁有幾乎無限的潛能。
這類材料被稱為二維材料。最近幾年，這類材料家族中出現了這些新成員：排列成格子狀的單層或數層碳原子（石墨烯）、硼原子（硼烯）、六方氮化硼（白石墨烯）、鍺原子（鍺烯）、硅原子（硅烯）、磷原子（磷烯）和錫原子（錫烯）。
理論上存在更多的二維材料，不過它們尚未被合成出來，比如石墨炔（graphyne）。這些二維材料每種都具有令人振奮的性能，而且不同的二維材料還可以像樂高積木一樣組合起來，構造更多的新材料。
這場單層材料的革命始于2004年，當時兩位科學家用透明膠帶創(chuàng)造出了二維石墨烯。這可能是人類第一次用幼兒園里就能找到的工具作出了諾貝爾獎級的科學大發(fā)現。
石墨烯比鋼鐵的強度還高，比鉆石還硬，而且?guī)缀跏鞘澜缟献钶p的東西。它是透明的、柔性的，而且超強導電性。除了水蒸氣以外，幾乎任何東西都無法穿透它。而水蒸氣則可以在石墨烯的分子網格間自由穿梭。
一開始，石墨烯的價格超過黃金。不過由于生產技術的進步，它的價格一路下滑。六方氮化硼目前在市場上也有了供應，其價格發(fā)展趨勢也類似于石墨烯。石墨烯的價格已經低到能夠被用于制造水過濾裝置，它可將海水淡化和污水處理的成本大幅度降低。
隨著石墨烯價格的不斷下降，在道路鋪裝混合材料或混凝土中可以添加石墨烯。它可以用來清潔城市大氣，因為除了具有其他優(yōu)點以外，石墨烯還能夠從大氣中吸收一氧化碳和氮氧化物。
其他二維材料可能也會經歷石墨烯的老路。當它們的價格下降后，就可以同時找到大規(guī)模應用和高附加值應用（如電子產品）的途經。技術人員會找到方法來充分利用它們的獨特性質。
比如，石墨烯就曾被用于制造柔性傳感器。這種傳感器可以被縫到衣服上，或者用增材制造技術（Additive Manufacturing）直接3D打印到織物上。為聚合物添加石墨烯，可以造出強度更大而質量更輕的機翼和自行車輪胎。
六方氮化硼也可以和石墨烯以及氮化硼組合在一起，用來改善鋰離子電池和超級電容器的性能。這種組合材料能夠在很小的體積內容納更多的能量，它的這一特性可以減少智能手機以及電動汽車等產品的電池充電次數、增加電池壽命，并減少電池重量和廢棄物。
一旦新材料進入環(huán)境，毒性總是一個值得關注的問題。小心謹慎總是沒錯的。對于石墨烯的10年毒性研究尚未發(fā)現它對人體健康或是環(huán)境有什么不良影響。不過這方面的研究還在繼續(xù)。
二維材料的發(fā)明為技術人員打開了一個強大的工具魔盒。這些超薄化合物材料每種都具有獨特的光學、物理學和電學性質?？茖W家和工程師正興奮地將它們進行混合配對，用來創(chuàng)造針對各種功能優(yōu)化的定制材料。鋼和硅是20世紀工業(yè)化的基石，但和這些二維材料相比，它們就顯得十分笨重粗陋了。
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