矽已經改變了數字世界，但研究人員仍然渴望找到能使積體電路更小、更快、更便宜的物質。石墨烯位居榜首——石墨烯是隻有一層原子厚的蜂窩狀碳環平面薄片。石墨烯這種奈米材料具有一系列特性——包括超強度、透明性（由於其薄度）和極快的電子導電性——使其在柔性顯示器和超高速電子產品方面具有應用前景。石墨烯僅在四年前才被分離出來，但已經出現在原型電晶體、儲存器和其他器件中。
但是，要從實驗室走向商店貨架，工程師需要設計出工業化量產大型、均勻、純淨的單層石墨烯薄片的方法。研究人員正在探索幾種加工路線，但哪種方法會成功仍不清楚。“我們已經看到一些團隊聲稱他們可以廉價地用單層石墨烯片覆蓋整個矽晶圓，”萊斯大學的化學家 James M. Tour 報告說。“但到目前為止，還沒有人公開展示過這一點。”
石墨烯的發現者，英國曼徹斯特大學的 Andre K. Geim 表示，少量製備出乎意料地容易。事實上，“每次你用鉛筆尖在紙上劃過時，你都會產生一點石墨烯，”他指出——鉛筆的石墨實際上是石墨烯層的堆疊。最初的石墨烯製造方法與鉛筆書寫類似：研究人員會磨損一些石墨，然後用顯微鏡在碎片中尋找合適的樣品，或用膠帶分離出單個薄片。
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儘管大多數科學家認為這種機械“剝離”技術只適用於製造少量石墨烯，但 Geim 並不一定同意：“最近，該程式已擴大規模，可以生產您想要的任意數量的石墨烯。”他使用超聲波將石墨分解成分散在液體中的單層。然後可以將懸浮液乾燥在表面上，留下重疊的石墨烯晶體薄膜。然而，這些多晶片是否足以滿足許多應用尚不確定，因為單個薄片的邊緣邊界往往會阻礙電子的快速流動。
更大的樣品可能來自化學剝離。去年五月，威斯康星大學普拉特維爾分校的 James P. Hamilton 和都柏林聖三一學院的 Jonathan N. Coleman
在愛爾蘭表明，石墨烯可以溶解在某些有機溶劑中。“你把石墨放在桶裡，倒入溶解它的有機液體，”Hamilton 說，“然後你去除溶劑，就會得到這種灰色的物質，那就是純石墨烯。”Hamilton 的初創公司 Graphene Solutions 希望將這種石墨烯轉化為均勻的單晶片，並最終將其商業化。
其他化學剝離技術也是可能的。現在在德克薩斯大學奧斯汀分校的 Rod Ruoff 和他在西北大學的前同事已經表明，在水中向石墨中新增酸可以產生氧化石墨，氧化石墨可以分離成單個碎片。懸浮在液體中的薄片然後沉積到基板上以形成薄膜。新增其他化學物質或熱量可以驅除含氧基團，從而產生石墨烯。
羅格斯大學的科學家發現，火箭燃料是一種這樣的除氧劑——特別是肼蒸氣，肼是一種高反應性和有毒化合物。去年，加州大學洛杉磯分校的 Yang Yang 和 Richard B. Kaner 透過使用液態肼簡化了羅格斯大學的方法。“然後我們將碎片沉積到矽晶圓或其他更柔性的基板上，”Yang 說。結果是由許多小片組成的單層薄膜。該團隊現在正試圖提高薄片的質量，並找到更安全的肼替代品。
麻省理工學院和其他地方的研究人員正在尋求使用化學氣相沉積 (CVD) 來製造石墨烯，這是一種成熟的工藝，可以很容易地整合到微晶片製造中。在 CVD 中，揮發性化學物質發生反應並作為薄塗層沉積在基板上。麻省理工學院的工藝採用一個簡單的管狀爐，其中包含鎳基板，電氣工程師 Jing Kong 說。“在一端，我們流入碳氫氣體，它在高溫下分解，”她解釋說。然後碳原子落在鎳表面，鎳表面充當催化劑，幫助形成石墨烯薄膜。然而，石墨烯的質量取決於基板——無論它是由許多鎳晶體還是隻有一個鎳晶體組成，Kong 解釋說。不幸的是，最理想的單晶鎳成本很高。
來自 CVD 的石墨烯已經取得了一個迄今為止最大的成就。韓國成均館大學的 Byung Hee Hong 領導的一個小組製造了高質量的薄膜，科學家們將這些薄膜印在透明、可彎曲的聚合物上。結果是透明電極。改進後的版本可以取代顯示器中使用的更昂貴的透明電極（通常由氧化銦錫製成）。
最終，石墨烯製造競賽可能會出現多個贏家。聖三一學院的 Coleman 說，迄今為止生產的石墨烯寬度可達幾十微米的基於溶液的剝離方法，可能最適合“中等規模的工業量產，而世界上的英特爾公司可能會對使用 CVD 型工藝生長大面積石墨烯更感興趣”，這種工藝迄今為止可以製造出幾平方釐米的樣品。但也許最棒的是，所有這些方法似乎都沒有面臨不可逾越的障礙。正如萊斯大學的 Tour 所說：“我敢打賭，這些問題將在一兩年內得到解決。”
編者注：這篇文章最初的標題是“研磨石墨烯”