硅已经改变了数字世界，但研究人员仍然渴望找到能使集成电路更小、更快、更便宜的物质。石墨烯位居榜首——石墨烯是只有一层原子厚的蜂窝状碳环平面薄片。石墨烯这种纳米材料具有一系列特性——包括超强度、透明性（由于其薄度）和极快的电子导电性——使其在柔性显示器和超高速电子产品方面具有应用前景。石墨烯仅在四年前才被分离出来，但已经出现在原型晶体管、存储器和其他器件中。
但是，要从实验室走向商店货架，工程师需要设计出工业化量产大型、均匀、纯净的单层石墨烯薄片的方法。研究人员正在探索几种加工路线，但哪种方法会成功仍不清楚。“我们已经看到一些团队声称他们可以廉价地用单层石墨烯片覆盖整个硅晶圆，”莱斯大学的化学家 James M. Tour 报告说。“但到目前为止，还没有人公开展示过这一点。”
石墨烯的发现者，英国曼彻斯特大学的 Andre K. Geim 表示，少量制备出乎意料地容易。事实上，“每次你用铅笔尖在纸上划过时，你都会产生一点石墨烯，”他指出——铅笔的石墨实际上是石墨烯层的堆叠。最初的石墨烯制造方法与铅笔书写类似：研究人员会磨损一些石墨，然后用显微镜在碎片中寻找合适的样品，或用胶带分离出单个薄片。
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尽管大多数科学家认为这种机械“剥离”技术只适用于制造少量石墨烯，但 Geim 并不一定同意：“最近，该程序已扩大规模，可以生产您想要的任意数量的石墨烯。”他使用超声波将石墨分解成分散在液体中的单层。然后可以将悬浮液干燥在表面上，留下重叠的石墨烯晶体薄膜。然而，这些多晶片是否足以满足许多应用尚不确定，因为单个薄片的边缘边界往往会阻碍电子的快速流动。
更大的样品可能来自化学剥离。去年五月，威斯康星大学普拉特维尔分校的 James P. Hamilton 和都柏林圣三一学院的 Jonathan N. Coleman
在爱尔兰表明，石墨烯可以溶解在某些有机溶剂中。“你把石墨放在桶里，倒入溶解它的有机液体，”Hamilton 说，“然后你去除溶剂，就会得到这种灰色的物质，那就是纯石墨烯。”Hamilton 的初创公司 Graphene Solutions 希望将这种石墨烯转化为均匀的单晶片，并最终将其商业化。
其他化学剥离技术也是可能的。现在在德克萨斯大学奥斯汀分校的 Rod Ruoff 和他在西北大学的前同事已经表明，在水中向石墨中添加酸可以产生氧化石墨，氧化石墨可以分离成单个碎片。悬浮在液体中的薄片然后沉积到基板上以形成薄膜。添加其他化学物质或热量可以驱除含氧基团，从而产生石墨烯。
罗格斯大学的科学家发现，火箭燃料是一种这样的除氧剂——特别是肼蒸气，肼是一种高反应性和有毒化合物。去年，加州大学洛杉矶分校的 Yang Yang 和 Richard B. Kaner 通过使用液态肼简化了罗格斯大学的方法。“然后我们将碎片沉积到硅晶圆或其他更柔性的基板上，”Yang 说。结果是由许多小片组成的单层薄膜。该团队现在正试图提高薄片的质量，并找到更安全的肼替代品。
麻省理工学院和其他地方的研究人员正在寻求使用化学气相沉积 (CVD) 来制造石墨烯，这是一种成熟的工艺，可以很容易地集成到微芯片制造中。在 CVD 中，挥发性化学物质发生反应并作为薄涂层沉积在基板上。麻省理工学院的工艺采用一个简单的管状炉，其中包含镍基板，电气工程师 Jing Kong 说。“在一端，我们流入碳氢气体，它在高温下分解，”她解释说。然后碳原子落在镍表面，镍表面充当催化剂，帮助形成石墨烯薄膜。然而，石墨烯的质量取决于基板——无论它是由许多镍晶体还是只有一个镍晶体组成，Kong 解释说。不幸的是，最理想的单晶镍成本很高。
来自 CVD 的石墨烯已经取得了一个迄今为止最大的成就。韩国成均馆大学的 Byung Hee Hong 领导的一个小组制造了高质量的薄膜，科学家们将这些薄膜印在透明、可弯曲的聚合物上。结果是透明电极。改进后的版本可以取代显示器中使用的更昂贵的透明电极（通常由氧化铟锡制成）。
最终，石墨烯制造竞赛可能会出现多个赢家。圣三一学院的 Coleman 说，迄今为止生产的石墨烯宽度可达几十微米的基于溶液的剥离方法，可能最适合“中等规模的工业量产，而世界上的英特尔公司可能会对使用 CVD 型工艺生长大面积石墨烯更感兴趣”，这种工艺迄今为止可以制造出几平方厘米的样品。但也许最棒的是，所有这些方法似乎都没有面临不可逾越的障碍。正如莱斯大学的 Tour 所说：“我敢打赌，这些问题将在一两年内得到解决。”
编者注：这篇文章最初的标题是“研磨石墨烯”