1．制取单层石墨分子，开发其应用

       单层石墨分子（又称石墨烯，graphene）是一种由一层碳原子组成的二维纳米碳材料，厚度为0．35nm。近年来国内外化学家已从事这方面的研究工作，使用传统的氧化法解理石墨片，还原离心分离得到单层石墨氧化物，可以批量制备单层石墨。目前发现单层石墨的导电能力和载流密度都极为优良；它的复合材料具有优良的机械性能；利用聚噻吩作为电子给体，单层石墨为受体形成的体相异质结有机光伏电池，达到了1．4％的光电转化效率。根据这些性质，单层石墨被认为有广泛的应用前景，有望在微电子、机械和医学等领域研制出新的性能优异的新材料。

       2010年，诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫，以表彰他们开发利用单层石墨所作的贡献。化学家应趁此时机深入研究，获得真正实用的成果。

       2．制缆绳造天梯

       人造地球卫星围绕地球运行，观察太空中的奥秘、传递人间的电信，了解地球的动态。这是20世纪后半叶以来人类征服自然的重大进展。卫星中的宇航员坐在舱中，用火箭发射上太空，人在舱中生活，需要水、食物和空气，在空中停留的时间不能太长，还要设计种种设施和条件让他安全返回，有人考虑造一条太空梯，通过它和卫星联系，输送人员和物资。

       一根长达数百公里的天梯，一端拴在海洋平台上，另一端连接在和地球同步运转的卫星上。卫星运转产生的离心カ，得到一个向外空的张力，抵消地球对卫星和天梯的引力，架起天梯。

       实现架设天梯的关健技术和材料是制造出坚韧的缆绳，由缆绳编制成天梯。目前最佳的制作缆绳的材料是碳纳米管，它和钢绳相比，强度比相同粗细的钢绳大100倍，密度只有钢绳的1／6。抗拉强度超过对自身重量的拉力，具有制作天梯的性能。

       单层碳钠米管可看做由层形石墨分子卷曲而成，如图8．1．2所示。图中示出的管的直径和球碳C60相似，约为1．0nm。若将它紧密地集束在一起，形成头发粗细的纤维（头发直径按0．1mm计）需要大约90亿根纳米管。再用这种纤维做成缆绳。

       氮化硼（BN）和碳（CC）是等电子体，已知氮化硼可制得具有平面石墨型结构，如图8．1．3所示。未来化学也将研制出氮化硼纳米管，并使管间部分地形成B－N共价键，增强集束纤维所承受的拉力。

       纳米碳管纤维和氮化硼纤维等具有超高强度抗拉力和韧性的材料，用它进一步制成复合材料也适用于制造飞机、航天器和高速火车、汽车等交通工具。

       3．增雨剂和消雷剂

       2008年8月8日晚，奥运会在北京开幕，估计全世界有十多亿人观看开幕盛典。根据天气预测当晚奥运会开幕式所在的场馆及放焰火的区域下雨的可能性很大。下雨将严重影响开幕盛典的表演和观赏效果。怎样调动雨水的下雨地点，使它不下在北京市区？气象台根据雨云是从西方飘移向市区的情况，在北京市西边布置了高射炮阵地，于当晚向天空云层发射增雨炮弹，使雨水下在西边地区，北京市区没有下雨。开幕式的焰火及鸟巢中的庆典仪式没有受到影响，气象工作人员作出了重大贡献。其实，调动下雨地点的尚方宝剑——增雨炮弹的增雨剂是化学家配制的，功劳也有化学家一份。

       增雨剂是由碘化银和尿素等类吸水性很强的化合物微粒组成，当炸弹在云层内炸开，微粒撤向云层，将云层中的小水滴和水分子吸在一起，聚集长大，成为雨滴降落大地。

       利用增雨剂调动雨水下雨地点既可防雨也可抗早，减轻自然灾害。为此气象学家要准确预测天气情况，选择撤布增雨剂的地点，另外增雨剂的散布方式最好采用小型无人驾驶飞行器，飞入云层直接喷撒，而要求化学家配制出吸水性强、安全无害、资源丰富、成本低廉、颗粒细小均匀的增雨剂。

       同样，消除雷电是摆在物理学家和化学家面前，具有重大理论意义和现实意义的研究课题。探究大气中相距不远的云团为什么会带有数量巨大、性质不同的电荷，了解云团中水滴在飘移过程中所发生的变化和性能，配制高效的消雷剂等都是未来化学要研究的内容。