单层石墨（graphene）的结构示意图。（网络图片）
（大纪元记者翁玲编译报导）单层石墨（graphene）或称石墨烯，于2004年被英国曼彻斯特大学的研究组发现，它是由六边形碳原子所构成的二维平面，其形状像蜂巢状。由于单层石墨是二维材料，因此每一个原子都暴露表面，它是组成碳纤维的基本材料，除了应用在网球拍和其它耐用的产品上，单层石墨还可以用来开发奈米尺寸的仪器和设备。当单层石墨卷曲后，则形成奈米碳管。
最近在哥伦比亚大学工程应用学系里的一群研究员对单层石墨研究上有重大的突破，他们证实单层石墨是所量测过的物质中强度最高的材料，它比钻石还要硬。由于两个实验上的大挑战，过去单层石墨的强度、弹性和断裂点一直只能靠复杂的电脑模拟理论估算出来。这两个挑战分别为，一、若以物理方式固定单层石墨样品，施加外力量测其拉状况是非常复杂；二、要把样品制备的小到没有任何缺陷是非常困难的。
哥伦比亚教授杰弗里（Jeffrey Kysar）表示他们的团队已经克服尺寸的问题，创造出小而没有瑕疵的单层石墨。这个研究由两位机械系的教授杰弗里和詹姆斯（James Hone）所带领的博士后研究者李成广（Changgu Lee）以及研究生魏晓丁（Xiaoding Wei）所完成，其研究成果发表在最新一期的《科学》（Science）杂志上。
他们从较大的石墨结晶结构中挑出微观的单层石墨样品，接着将这新创造出来的二维样品，放置在已蚀刻成许多圆形小洞的矽晶片上，藉由此方式创造出单层原子厚的微小薄膜，而石墨薄片会因原子间的作用力而吸附在矽上面。詹姆斯表示“我们的研究证实单层石墨是史上量测过强度最强的材料，比钢的结构要强两百倍。那得让一只大象站在一只铅笔上，才能刺破像保鲜膜般厚的单层石墨。”
在强度测试方面，科学家利用半径为200亿分之一公尺之钻石尖端的原子力显微镜来推动单层石墨中心，藉以测试其强度。每个样品的直径约1微米，让科学家能测试其弹性与断裂点特性。研究员一共测试23片独立的单层石墨样品，得到超过67个测试值。杰弗里表示“到目前为止，一直没有一套决定性的实验装置，让人们能验证电脑模拟材料从张力到断裂点的物理特性。但这是很重要，因为那是各类型材料的基本参数。”
杰弗里还说“空军希望相对于近二十年以五年为一周期，每五年就引进新材料，并能够预测新材料的物理机械性质与其在恶劣环境下如何失去作用，以更少的时间与金钱来开发，让一般的日常生活有更好的材料可以使用。”
詹姆斯表示：“虽然实际上任何材料的强度还是会受表面缺陷所限制，但这个研究可以使大家更了解材料在极端情况下的特性。了解材料的特性可以让我们设计和创造更好、更安全的材料，最终建立一个更安全并更有效率的环境。”
