石墨烯 是一种强度惊人的材料，尽管它只有一个碳原子的厚度。但如何找到既能利用它、又经济实惠的方法，一直是个挑战。
长期以来，科学家对石墨烯革新技术的潜力充满期待，甚至将其视为一种技术本身。石墨烯是已知导电和导热性能最好的材料。它也是最薄的表面材料，代表着面向日常电子应用的下一代神奇材料。
2010年诺贝尔物理学奖授予了 康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·海姆 ，以表彰他们在石墨烯电子特性方面的开创性工作。
此后，科学界掀起了热潮，人们提出了革新 电子显示屏 和 电路的概念。这两个领域构成了许多技术的基础，因此石墨烯的影响十分广泛。
如何制造石墨烯
要实现这类应用，必须以工业化方式生产石墨烯，将其制成附着在支撑材料上的大面积薄膜。这凸显出石墨烯的两种应用方向：作为电子元件，或作为核心技术。
但这些方向相当狭窄，因为它们只着眼于涉及 电子产业的潜在商业用途。
人们对石墨烯迅速商业化的过度需求，超出了纳米材料加工所面临的一系列交织挑战。尽管令人兴奋，石墨烯至今仍未得到广泛应用，因为它在化学处理方面难度很大。
让化学找到用途
2009年，我开发了首个能够以工业规模数量 通过化学方法生产石墨烯 的技术。
显然，化学将在这种材料未来的应用中发挥关键作用。如今，我们可以通过化学反应逐个原子地制造石墨烯片，产量达到克级和千克级。
我的工作促使世界各地的研究人员纷纷尝试寻找更可行的石墨烯生产技术。每一次尝试都力求比现有技术更具创造性、更别出心裁或更有创新性。
我们找到了一条途径，不再需要昂贵的设备，而且石墨烯粉末可以运输，保质期也得以延长。如今，这已成为研究人员的共同目标。
这一进展克服了物理学时代忽视的一个关键原则：石墨烯本质上是一种完全由表面构成的材料。令人兴奋的现象发生在表面界面，而这正是化学家开展工作的地方。
要利用表面实现某种用途，就需要大量的表面；如今我们有了大量石墨烯。获取大量石墨烯材料的途径很简单：要么从天然矿藏中开采石墨，要么在实验室里通过化学方法制造。
化学法生产的石墨烯可提供相对大面积的表面，用于进行令人兴奋的化学反应。这就好比有一块平整漂亮的足球场，可以让足球在上面滚动。
这种石墨烯不粘东西
然而，在保留石墨烯卓越物理特性的同时改变其化学结构，难度极大。这是因为石墨烯得以存在本身就依赖一个悖论：石墨烯表面具有非凡的稳定性。
储能所需的金属和气体等分子根本不会附着在石墨烯上。想象一下，放在桌上的所有东西都会不断掉下来——那张桌子也就没什么用处了。
改变石墨烯化学性质的尝试，重点在于附着少量分子。这限制了石墨烯在纳米技术中的应用，因为下一代电池、太阳能薄膜和燃料电池都涉及更复杂的化学反应。
要让石墨烯应用于这些技术，就需要让具有多样化学性质的分子附着在石墨烯上。
引入硼
我和同事们通过将硼簇直接连接到石墨烯表面，制成了一种新的 石墨烯杂化材料 。
诀窍在于利用石墨烯中稳定的共轭网络来捕获高活性的硼簇。连接这类化学物质能够解锁全新而有趣的材料特性，例如增强的功能性和分级组织的响应能力。
例如，这种材料或许很快就能用于与生物分子相互作用、收集阳光以供太阳能电池使用，以及锚定金属以高效储存氢气。
这项工作将揭示石墨烯材料经过大规模加工后如何保持其功能。如今，我们可以在石墨烯上进行精确的化学反应，最终转化为更可靠、更经济实惠的石墨烯技术。
我们拓展了纳米尺度的边界，并开始找到从头构建材料的新方法，创造出具有迷人特性、能够商业化的材料。
本文由 The Conversation合作发布。本文的发表并不意味着世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Mohammad Choucair是悉尼大学研究员。
图片：高级技术专家Dariusz Czolak手持一块表面覆盖石墨烯层的碳化硅圆盘。波兰创新 / 路透社 / Kacper Pempel。
