單層石墨（graphene）的結構示意圖。（網絡圖片）
（大紀元記者翁玲編譯報導）單層石墨（graphene）或稱石墨烯，於2004年被英國曼徹斯特大學的研究組發現，它是由六邊形碳原子所構成的二維平面，其形狀像蜂巢狀。由於單層石墨是二維材料，因此每一個原子都暴露表面，它是組成碳纖維的基本材料，除了應用在網球拍和其它耐用的產品上，單層石墨還可以用來開發奈米尺寸的儀器和設備。當單層石墨捲曲後，則形成奈米碳管。
最近在哥倫比亞大學工程應用學系裡的一群研究員對單層石墨研究上有重大的突破，他們證實單層石墨是所量測過的物質中強度最高的材料，它比鑽石還要硬。由於兩個實驗上的大挑戰，過去單層石墨的強度、彈性和斷裂點一直只能靠複雜的電腦模擬理論估算出來。這兩個挑戰分別為，一、若以物理方式固定單層石墨樣品，施加外力量測其拉狀況是非常複雜；二、要把樣品製備的小到沒有任何缺陷是非常困難的。
哥倫比亞教授傑弗里（Jeffrey Kysar）表示他們的團隊已經克服尺寸的問題，創造出小而沒有瑕疵的單層石墨。這個研究由兩位機械系的教授傑弗里和詹姆斯（James Hone）所帶領的博士後研究者李成廣（Changgu Lee）以及研究生魏曉丁（Xiaoding Wei）所完成，其研究成果發表在最新一期的《科學》（Science）雜誌上。
他們從較大的石墨結晶結構中挑出微觀的單層石墨樣品，接著將這新創造出來的二維樣品，放置在已蝕刻成許多圓形小洞的矽晶片上，藉由此方式創造出單層原子厚的微小薄膜，而石墨薄片會因原子間的作用力而吸附在矽上面。詹姆斯表示「我們的研究證實單層石墨是史上量測過強度最強的材料，比鋼的結構要強兩百倍。那得讓一隻大象站在一隻鉛筆上，才能刺破像保鮮膜般厚的單層石墨。」
在強度測試方面，科學家利用半徑為200億分之一公尺之鑽石尖端的原子力顯微鏡來推動單層石墨中心，藉以測試其強度。每個樣品的直徑約1微米，讓科學家能測試其彈性與斷裂點特性。研究員一共測試23片獨立的單層石墨樣品，得到超過67個測試值。傑弗里表示「到目前為止，一直沒有一套決定性的實驗裝置，讓人們能驗證電腦模擬材料從張力到斷裂點的物理特性。但這是很重要，因為那是各類型材料的基本參數。」
傑弗里還說「空軍希望相對於近二十年以五年為一周期，每五年就引進新材料，並能夠預測新材料的物理機械性質與其在惡劣環境下如何失去作用，以更少的時間與金錢來開發，讓一般的日常生活有更好的材料可以使用。」
詹姆斯表示：「雖然實際上任何材料的強度還是會受表面缺陷所限制，但這個研究可以使大家更了解材料在極端情況下的特性。了解材料的特性可以讓我們設計和創造更好、更安全的材料，最終建立一個更安全並更有效率的環境。」
