當(dāng)1930年, 3M科學(xué)家將普通膠帶和杜邦的不透水玻璃紙結(jié)合制作出了一種清潔，廉價的粘合設(shè)備——透明膠帶時，美國正處于經(jīng)濟大蕭條，這款產(chǎn)品非常適合用于節(jié)省人口和節(jié)省人力 - 這是一項非凡的進步。透明膠帶可用于修補各種材料的裂痕，音樂家使用透明膠帶修補撕裂的樂譜; 婦女，修理破損的指甲; 會計師，恢復(fù)撕毀賬簿; 和銀行，修復(fù)撕毀的貨幣。
今天，我們大多數(shù)人把這種極其耐用和有用的產(chǎn)品視為理所當(dāng)然。但正是這種隨處可見的日用品讓材料科學(xué)家們再次實現(xiàn)新的突破，開創(chuàng)了化學(xué)和材料制造領(lǐng)域的下一次復(fù)興：提取石墨烯，這是第一個二維材料。
在2004年曼徹斯特大學(xué)實驗室的一個星期五下午，科學(xué)家Andre Geim和Kostya Novoselov在調(diào)查碳石墨的電性能。兩位物理學(xué)家突然異想天開，他們決定測試是否可以通過用透明膠帶剝下一層來獲得更薄的石墨片。（他們看到其他研究人員使用膠帶清潔石墨，然后將其放在顯微鏡下。）
在第一次通過時，Geim和Novoselov脫離了數(shù)百層碳而不干擾其底層結(jié)構(gòu)。有趣的是，他們用更多的磁帶重復(fù)這個過程。不久之后，他們將石墨剝離回其最薄的可能排列：由單個原子組成的層。這里有一個非常簡短的材料，一種鉛筆薄材料，它可以被描述為二維的，這是科學(xué)家多年來一直追逐的令人驚嘆的難以捉摸的概念，這就是石墨烯。這是在透明膠帶的幫助于實現(xiàn)的突破。
經(jīng)過10多年的學(xué)術(shù)研究和開發(fā)，這一奇異的突破正在產(chǎn)生大量的新材料，這些新材料在石墨烯碳族和其他2D分子中都不可能很薄且不可能很強。石墨烯適用于廣泛的納米材料，涵蓋厚達100納米的產(chǎn)品。石墨烯具有獨特的特性，可以實現(xiàn)奇跡。隨著碳原子排列在緊密堆積的蜂窩狀晶格中，石墨烯比鋼更堅韌，并且比橡膠帶更柔韌。它傳導(dǎo)熱量和電力，它透明，幾乎沒有重量，不透氣，甚至是細(xì)菌。
石墨烯只是世界各地數(shù)以千計的學(xué)術(shù)研究實驗室正在研究的許多納米材料之一。在他們開發(fā)和研究的分子大小的世界里，更多的材料正在出現(xiàn)，與以前已知的材料相比，這些材料不僅看起來不同，而且作用和反應(yīng)也不同，他們可以解決人類最棘手的問題?？赡苄园稍偕茉春蜏p少污染方面的突破; 治療疾病和先天性疾病; 在計算機，傳感器和機器人技術(shù)方面; 在制造業(yè); 以及新的服裝和包裝形式。
最有希望的后石墨烯納米材料之一是過渡金屬硫?qū)倩衔?，這包括，二硫化鎢、二硫化鉬、二硒化鎢和二硒化鉬。在普通形式中，二硫化鎢或二硫化鉬是一種常見的潤滑劑，用于航空航天發(fā)動機的潤滑及尼龍、特氟龍的組件。當(dāng)這些元素像石墨烯一樣減薄到單層形態(tài)時，它們爆發(fā)出前所未有的應(yīng)用潛能，它們是驚人的強大的半導(dǎo)體新材料，它可以將微小的光量轉(zhuǎn)化為光伏能量，可用于太陽能電池陣列、光纖網(wǎng)絡(luò)、氫能源轉(zhuǎn)換及計算機和電信組件。
世界每年都有數(shù)百篇關(guān)于二維材料的研究論文被科學(xué)家發(fā)表，以描述一系列領(lǐng)域的納米材料實驗。例如，在制造業(yè)中，有科學(xué)家嘗試用石墨烯制出密度是鋼的5％，但是強度是鋼10倍，并且可以在3D打印機中加工的飛機機體；在過去的五十年里，計算機技術(shù)的每一項進步都源自于元件和芯片的小型化以及隨之而來的性能改進，有科學(xué)家嘗試用二硒化鎢制出可以比現(xiàn)有市場產(chǎn)品快100倍的存儲設(shè)備或快10000倍的處理器公司芯片材料。此外，二硫化鎢也被應(yīng)用未來光醫(yī)療，有科學(xué)家使用納米材料標(biāo)記患者體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，記錄細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)之間幾乎不可感知的電信息，揭示微小的突變和功能障礙，包括腫瘤生長的開始階段，將分子藥物直接遞送至靶細(xì)胞。
盡管迄今為止已經(jīng)有十幾個二維粒子被分離出來，但石墨烯仍然是唯一經(jīng)常被用于商業(yè)應(yīng)用的粒子。在未來三到五年內(nèi)，科學(xué)家們頻繁地推出新的創(chuàng)新技術(shù)，同時積累關(guān)于這些奇跡材料如何運作的知識。總之，二維材料世界仍有著許多未知的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們認(rèn)為二維材料將徹底改變推動或改變?nèi)祟惪茖W(xué)的發(fā)展進程，比現(xiàn)有的房地產(chǎn)業(yè)擁有更大的產(chǎn)業(yè)價值，二維材料將帶動真正的科技革命。
