如何合成石墨烯？
石墨烯的合成有兩種形態，一種是長成石墨烯大面積的薄膜，碳在上面組成一個薄膜，原材料往往是一種碳氫氣體，比如說甲烷。這張圖里面可以看到，中間有一個藍顏色的代表一個碳原子，四周紅顏色的代表氫原子，一個碳帶四個氫。它落到了一個表面上以后，由于催化作用它會分解，這些氫氣就走掉了，留下碳在上面重組，就構成了這樣一個石墨烯結構。
我們把它放到一個爐子里面，在高溫條件下可以做成小單片，也可以通過卷對卷的方式長成大的石墨烯薄膜。
還有一種非常有用的石墨烯材料叫石墨烯粉體。既然石墨烯是石墨中的某一層，我們怎么把它單拿出來呢？
我們把石墨粉作為原材料，然后通過氧化石墨粉，或者是插層石墨粉，把層和層之間插進其他的物質，然后把它們分開，這樣就得到了石墨烯的粉體。但是這個過程有一點問題，在插層和氧化的過程中會造成大量的缺陷，石墨烯的某些性質就會下降。
在實驗室我們做成了這樣一種東西，通過化學氣相沉積的方法，在高溫下銅的溶液中通入甲烷氣體，它就在這個里面形成了氣泡，然后在銅的表面形成石墨烯。在這些氣泡上升的過程中攜帶著這些石墨烯飛出來，然后氣泡破掉，我們就收集到了石墨烯。
石墨烯到底是不是“新材料之王”？
1、水處理
由于石墨烯可以做到高疏水性，就是我們在中間圖所看的，一滴水流在上面完全變成了水珠。
左邊是用這種性質做成了一個水處理的機器，它可以把水、油及固體懸浮物三項分開。
在我們最左邊的這幅圖里面是一個水、油、懸浮物混合的溶液，然后它進入這個機器以后分出來的中間的是純水或者處理后的比較干凈的水，右邊橘色的是油，另一個管道出現的是固態顆粒。右邊我們看到它可以做成一個整機，就可以真正地去處理水了。
2、重防腐
橋梁工程也好，海洋工程也好，防腐是一個很重要的事情。石墨烯的防腐涂料是一種很好的重防腐的一個材料，因為它在里面構建出了一個復雜的迷宮結構。那些腐蝕性的離子想透過迷宮結構要走的路更久，所以它腐蝕經歷的時間也就越長。
3、吸附
我們知道霧霾是個大問題，它對我們的健康產生很大的影響。現在最好的防霧霾的口罩，除了石墨烯的以外就是市面上的這種口罩。它是用靜電來吸引小粒子的，但是只能保持一小時的功效，因為我們呼吸的水蒸氣在進出的過程中，靜電就被中和掉了，這樣的話它就失去了效果。
石墨烯的口罩是靠大比表面積讓氣體在里面迂回地走，由于大的比表面積，它會吸附那些顆粒，可以長時間使用而不失效，最長可以達到200個小時。現在這種石墨烯口罩市場上已經有賣的了。
4、生物示蹤
隨著人民生活水平的提高，對健康也會越來越關注，癌癥是我們非常關注的疾病。癌癥從一個癌細胞被激活到長成一個腫瘤可能只需要幾周的時間，為了治療，我們需要監控它，我們需要看見它，看見腫瘤是怎么分裂的。
用石墨烯做的示蹤原子非常好，我們看左邊這個圖，用石墨烯看到的癌細胞是綠的，它不染色這個正常的細胞，我們就看到癌細胞是怎么變化的。
我們可以看到視頻中的癌細胞是怎么分化的，這個就是實時的十秒鐘癌細胞是怎么分裂的。這兩個細胞它們在一起的時候很快地就變成了四個細胞。
有很多種不同的生物示蹤的材料，但是石墨烯的好在哪里呢？石墨烯的發光壽命非常長，普通的示蹤材料大概從兩個小時到一天它就不再發足夠強的光了，我們也就看不到那些癌細胞是怎么演變的。
而石墨烯是一種超穩定結構，它的鍵很短，化學性質比較惰性，它可以保持兩周到一個月的示蹤長度，大大方便于我們對疾病的診斷和跟蹤。
5、紅外成像
石墨烯由于有比較均衡的紅外的吸收的譜，很少的材料才能達到這樣一個功效。中紅外和中遠紅外同時成像都可以。
我們可以看到兩張黑白的圖，這里面一個人拿著一個電烙鐵，電烙鐵發出的光溫度很高，大概三四百度。這是一個中紅外的波段，人體發出的是遠紅外的波段。
這種石墨烯的紅外的成像可以讓兩個波段同時呈現，也可以只讓一個波段出現，上面就是只看電烙鐵，下面就是人和電烙鐵都看到。我們就可以同時對人和發動機做監控。
還有熱管理，熱管理在我們的實際生活中已經開始應用了，加熱的地板，加熱的服裝等等。
下面我想談一些思考，石墨烯有這么多美妙的性質，它能不能稱作“新材料之王”呢？
我覺得為時還早。因為之所以能稱王，它必須在這個時代有掌控力、有支配力的，它必須是一個對我們的生活影響最大的材料。
在人類的歷史上實際上這種材料并不是很多，第一個是石頭，因為它命名了一個時代——石器時代，它是我們最早使用的一個工具，然后到了青銅時代，再往后就是鋼鐵，再往后塑料、硅、黃金。因為黃金奠定了各國的貨幣基礎，使大家做生意成為可能。
我想只有這些材料目前才能稱為“王”，但石墨烯目前還不能稱“王”。它未來會不會成為“王”呢？我覺得還是有可能的，這要看這個行業會發展到哪一個方向去，現在我們暫且可以把石墨烯叫“王儲”。
當下石墨烯在中國經過了一個熱潮，現在到了哪一個階段，我們看新技術的成長規律，它是一個從起始到高期待，然后往下走。
它必然要往下走，這是一個基本規律，然后到了一個低點以后開始穩步向上升，然后達到了一個平臺。那個時候才能真正進入我們的生活。
石墨烯究竟走到哪個階段，不同的人是有不同的觀點的，有的人說它正在往下走，有的人說它已經到了低谷，有人說它已經開始回升了。
我覺得石墨烯是值得我們期待的，它未來一定有很大的作為，因為石墨烯的那些性質是實實在在的；那些數據是實實在在的數據；它有著很高的力學性能、電學性能、各種化學性能在里面。所以石墨烯的未來是一個可期的未來。（本文整理于于慶凱研究員在造就的演講）注釋
1、范德華力：
Van der Waals force，在化學中指分子之間非定向的、無飽和性的、較弱的相互作用力，根據荷蘭物理學家約翰內斯·范德瓦耳斯命名。范德華力是一種電性引力，但它比化學鍵或氫鍵弱得多，通常其能量小于5kJ/mol。范德華力的大小和分子的大小成正比。
2、富勒烯：
一種完全由碳組成的中空分子，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。富勒烯在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環，還有五元環，偶爾還有七元環。
3、芳香族：
芳香族化合物（aromatic compounds ）是一類具有苯環結構的化合物，它們結構穩定，不易分解，且毒性很強，會對環境造成嚴重的污染，對人體危害極大。芳香族化合物均具有“芳香性”。
4、能帶：
能帶理論（Energy band theory）是用量子力學的方法研究固體內部電子運動的理論，于20世紀初期，在量子力學確立以后發展起來的一種近似理論。它曾經定性地闡明了晶體中電子運動的普遍特點，并進而說明了導體與絕緣體、半導體的區別所在，解釋了晶體中電子的平均自由程問題。
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