艺术家绘制的石墨烯剪纸“弹簧”示意图

图片来源： MCEUEN GROUP/CORNELL UNIVERSITY

石墨烯自诞生以来就被认为是非常有潜力的新型材料，但科学家一直没为它找到合适的应用。康奈尔大学的科学家于是用它剪了个纸——也别说这群人不务正业，说不定将来它真的能成为柔性电路的重要组成部分呢。

石墨烯——一种由单层碳原子按蜂巢结构排列所构成的二维材料，是目前所测量过的非常强韧的材料，它的导电性比铜更加优良。率先在2004年将石墨烯成功分离出来的两位科学家，英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫于2010年被共同授予诺贝尔物理学奖，而大众媒体更是把它吹上了天，称其为“神奇材料”， 甚至是“非凡的物质”。科学家们一直在寻找它在科技上的潜在应用，比如用石墨烯替代硅制成晶体管，或者用它制作防弹背心。但坦白说，除了它出众的“简历”和名气，没人真的清楚这东西究竟干什么用比较好。

那么，在此期间为什么不试试用石墨烯来剪个纸呢？

剪纸（kirigami，源自日文）是折纸艺术（origami）的一种变体，艺术家们通过剪裁，把二维的纸张变成三维的结构。事实证明，除了石墨烯的其它潜在的优良品质之外，当你折叠，揉皱和剪切它的时候，石墨烯的表现与纸并无二致。康奈尔大学的物理学家们通过光刻——一种用光来蚀刻极薄材料的技术，小心翼翼地在一片长度仅相当于人类头发直径的石墨烯上裁剪出图案，使材料更具柔韧性和弹性。

“普通的纸是没法拉伸的，但是如果你在上面切一些口子就行得通了，”康奈尔大学领导这项研究的物理学家Paul McEuen表示，“比如说，你想用一张纸去包住一个篮球，纸不会自动贴合篮球的形状。但如果你在纸上剪几下，那就容易多了。”

正如你可以通过把纸剪裁和折叠成盒子、飞机或者纸鹤等等，石墨烯剪纸也有非常非常多的形态。McEuen的团队通过在石墨烯上施加剪裁，将其变成了一个三维的弹簧。McEuen说：“我们制作出了非常柔软的弹簧，就和你在生物系统里能找到的一样软，和那些用于拉伸DNA分子的弹簧相当。”他们还开始使用石墨烯剪纸法来测量来自放电神经元的微电流。在石墨烯上进行剪切可以提高其与神经元的电接触，但是McEuen团队还不知道石墨烯在传导细胞的神经冲动方面是否优于其他材料。

在试验石墨烯的不同形态的过程中，McEuen的团队还发现了可以让石墨烯的剪纸成为可能的特性——它的延伸性与折叠性的比例。既然这些特性被合并成一个经验参数，科学家们就能更加容易地找到可供他们剪裁和操作的二维材料。在俄亥俄州立大学研究二维材料的化学家Joshua Goldberger表示：“它们基本上定义了一个材料需要具有怎样的特性，才可以被用于剪纸。”

一旦其他二维材料可以用来剪纸，大量的应用将成为可能。石墨烯是导体——电路中三大主要部件中之一。一个传统的三维电路将导体（如铜）、半导体（如硅），以及绝缘体（如橡胶）组合在一起，对于二维电路来说，也存在着类似的部件。比如说，将石墨烯导体，氮化硼绝缘体以及二硫化钼的半导体组合在一起，你就可以制造一个柔性电路，并将其缝到衣服里面。

但是现在，可以剪纸还只是石墨烯众多优异性能之一而已。Goldberger设想出一种缝到上衣里的柔性充电器，在你走路的时候可以给你的iPhone充电，而McEuen设想了一种微型石墨烯盒子，可以将药物输送到到人体的靶向位点。这些可能的应用还只仅仅是构想，Goldberger表示，要在市场上见到这些石墨烯产品需要“将近10至20年的时间，如果相关产业全力以赴，他们可能可以把时间缩短到5年”。

把新材料开发成商业技术需要很长的时间。石墨烯剪纸只是这方面的一小步，科学家们仍在全面探索如何操纵这个材料。不过，就目前来看，用它做艺术和工艺品的尝试也并没有什么坏处，不是吗？