我小时候第一次上美术课时，老师巴灵顿先生告诉我们，眼睛所见的东西都是由原子组成的。所有东西。只要明白这一点，就踏出了成为艺术家的第一步。教室里鸦雀无声。他问我们有没有问题，但所有人都愣住了，怀疑自己是不是走错了教室。巴灵顿先生继续讲他的美术概论，他在墙上贴了一张纸，拿起铅笔在纸上画了一个正圆。同学们开始兴奋起来，同时松了一口气。我们应该没有走错教室。
巴灵顿先生说：“我把原子从铅笔转到了纸上。”说完开始大谈石墨炭笔多么适合当成艺术表现的工具。“重点是，”他说，“虽然我们的文化推崇钻石为最高阶的碳，其实它根本无法做出深刻的表现。钻石跟石墨不同，钻石从来不曾创造出好的艺术。”我不难想象他对艺术家达米恩•赫斯特价值五千万英镑的镶钻骷髅头作品“献给上帝之爱”会给出什么评价。
不过，巴灵顿先生认为钻石和石墨这两种碳是彼此为敌的，这可是一点也没错。一边是漆黑、实用又适合表达的石墨，一边是崇高、冰冷、坚硬而闪耀的钻石，双方从远古一直缠斗至今。就文化价值而言，钻石长期霸占赢家宝座，但局势可能就要改变。我们对石墨的内部构造有了新的理解，使它成了令人惊叹的事物。
就在美术老师让我接触到石墨的三十年后，我来到曼彻斯特大学物理系三楼一间以日光灯照明的办公室，跟全球顶尖的碳专家海姆（Andre Geim）教授见了面。我真希望他和巴灵顿先生一样，只用石墨当表达工具。可惜他拉开书桌抽屉时，里面满满的都是圆珠笔和马克笔。海姆讲话带着浓浓的俄国口音，他对我说：“正圆是不存在的，米奥多尼克。”我突然不晓得他有没有听懂刚才那段往事的重点。接着他从抽屉拿出一个红色皮制展示匣说，“你看一下，我去冲咖啡。”
展示匣里是一枚饼干大小的纯金金牌，上头刻着某个男人的浮雕像。我把金牌拿在手里掂了掂，发现它的金属感很重。纯金是金属世界里的全脂奶油，我没想到色泽这么晦暗，把我吓了一跳。金牌上的浮雕像是诺贝尔，还有一行小字叙述海姆的研究团队赢得了2010年的诺贝尔物理学奖，表彰他在石墨烯研究上做出的重大突破。石墨烯是一种二维石墨，也是材料世界的惊奇之作。我一边等海姆拿咖啡回来，一边沉思他刚才的奇怪答复。难道他是在暗示过去10年的碳研究让他兜了一大圈，结果却没回到原点？
碳是轻量原子，质子数为6，碳原子核内通常有六个中子，有时为八个，但这种名为碳-14的碳原子，原子核极不稳定，会因放射性衰变而裂解。由于衰变率长时间恒定，加上许多物质都含有碳-14，因此测量物质内的碳-14含量就能推算该物质的年龄。这种科学方法称为碳定年法，比其他方法更能帮助我们掌握远古事件。巨石阵、都灵裹尸布和死海古卷都是靠碳-14确定年代的。
撇开放射性不谈，对碳而言，原子核的重要性不大。就碳的其他性质和表现来看，环绕和屏障碳原子核的六个电子才是关键。其中两个电子位于接近原子核的内层，对碳原子的化学性质毫无影响，也就是跟碳和其他元素的反应无关。剩下的四个电子位于最外层，性质活跃。就是这四个电子，让铅笔的石墨笔芯和订婚戒指的钻石大不相同。
钻石是最昂贵的碳结构
碳原子有很多选择，最简单的就是把四个电子跟另一个碳原子分享，形成四个化学键。这可以化解四个电子的活性，每个电子都有来自另一个碳原子的电子与之配对，形成非常稳固的晶体结构，也就是钻石。
钻石的晶体结构
目前人类发现的最大钻石位于银河系巨蛇座的巨蛇头，它是脉冲星PSR J1719-1438的卫星，体积为地球的五倍。相较之下，地球的钻石小得可怜，最大也只跟足球差不多，这颗钻石来自南非卡利南矿场，于1907年献给英王爱德华七世祝寿，目前属于英国王室的加冕珠宝。这枚钻石在地表下极深处形成，大约是地底三百公里左右，经过数十亿年的高温高压才从纯碳巨岩变成钻石，之后应该是由火山喷发带到地表，默默蛰伏了数百万年才被人类在矿坑里发现。
我小时候经常被拎去博物馆，参观国立某某馆或某某院，而我不管去哪一馆哪一院，都觉得很无聊。我试着模仿大人的动作，带着若有所思的神情在馆里默默走动，或站在某一幅绘画或一尊雕塑前沉思，可惜没用，一点感觉或收获都没有。但去参观加冕珠宝就不同了，我一进去就迷上了，感觉就像进了阿拉丁的宝库。金饰和珠宝仿佛在对我说话，比艺术更基本、更原始，一股虔敬之情在我心中油然而生。事后回想起来，我觉得震慑我的不是金银财富，而是那纯粹的物质性。
一大群参观者挤在“非洲之星”（卡利南矿场那枚全球最大的钻石切割完成后，命名为非洲之星）前面，光是瞥见它一眼就让我永生难忘。即使有一个身穿潮湿格子衬衫的大块头男人和一个啧个不停的印度妇人挡在我前面，我是从那男人的腋下看到的，依然让我印象深刻。在场有印度妇人也实在巧合，因为我后来看我父亲的百科全书时才发现，印度过去是钻石的唯一来源地，直到18世纪中叶其他地区（尤其是南非）也发现钻石才失去独占地位。
事实上，每颗钻石都是一整块单晶。一颗钻石通常含有大约一千万亿亿（1，000，000，000，000，000，000，000，000）个原子，排列组合成完美的金字塔结构。就是这个结构让钻石拥有如此特别的性质。电子在这个结构中被牢牢锁住，非常稳固，因此钻石才会以硬度著称。钻石很透明，但色散率高得出奇，所以会让入射光分解为七色，产生耀眼的七彩光辉。
极度坚硬加上色泽晶莹，让钻石成为几近完美的宝石。因为硬度高，所以几乎不会遭任何东西刮伤，可以永远保持切面完整、亮度无瑕，不仅能终生佩戴，甚至能抵受文明更迭。无论晴雨，在大风沙或丛林中佩戴，甚至洗衣时戴着，统统不用害怕。人类早在远古时代就知道钻石是世界上最坚硬的材质。钻石的英文diamond，源自古希腊文adamas，意思就是“不可改变”和“不会碎裂”的。
潇洒的钻石大盗
把卡利南钻石安全运回英国是一项艰巨的挑战，因为南非挖到史上最大未加工钻石的消息早已在报纸上大肆传开。所有恶名昭彰的匪徒都有可能对钻石下手，包括抢过一整船钻石的大盗沃斯（Adam Worth）。福尔摩斯的死对头莫里亚蒂教授，就是以沃斯为灵感创造出的人物。最后，运送者想出了一个足以媲美福尔摩斯的天才计划。他们派出重兵用汽船运送假钻石，把真钻石用简单的棕色纸箱装好寄回英国。
这套计谋之所以奏效，得归功于钻石的另一项特点：因为它只由碳组成，所以重量极轻。卡利南钻石整颗的重量不过半公斤多一点。
沃斯并非是唯一觊觎钻石的人。由于有钱人越来越爱收藏巨钻，导致飞贼这种新型的犯罪应运而生。钻石质轻价高，就算只偷到弹珠大小的钻石也能让人终生衣食无虞，而且钻石一旦失窃，几乎再也追不回来。相较之下，我就算偷了海姆的奖牌熔成金块，顶多也只能卖个几千英镑。
钻石大盗的形象就和他们偷窃的东西一样，优雅、纯净又有教养。在电影《捉贼记》和《粉红豹》里，钻石都被描绘成受囚禁的公主，而来解救它们的白马王子，白天是名流士绅，夜里是飞天大盗，饰演者都是加里•格兰特或大卫•尼文之类的明星。在这些电影里，偷窃钻石是义举，而钻石大盗手脚轻盈，只要有黑色紧身衣，并熟悉豪宅和藏在名画后面的保险箱就能搞定。然而窃取钱财或黄金的银行抢匪或火车大盗，却被描绘成罪大恶极，全是贪婪凶狠之徒。
钻石虽然价值不菲，却从来不曾像黄金一样成为全球货币体系的单位。它不是流动资产，而且确实如此，因为钻石无法熔解，所以也无法货币化。巨钻除了引发赞叹之外毫无用途，最重要的功能只有展现地位。20世纪以前，只有富商巨贾买得起钻石，但欧洲中产阶级兴起后，让采钻者看到了诱人的新商机。戴比尔斯公司于1902年掌握了全球90％的钻石产量。对他们来说，如何把钻石推销到更大的市场，却又不会贬损其价值是最大的难题。
这家公司靠着高明的营销手腕克服了这一点。他们发明了“钻石恒久远”这句广告词，灌输世人唯有钻戒才能表达坚贞的爱情的观念。凡是希望爱人相信自己真心诚意的男人都应该买一只钻戒，而且越贵越能代表真心。
这套营销手法空前成功，让钻戒变成家家户户的必备品。其中最经典的是007系列电影《金刚钻》用约翰•贝瑞作曲、雪莉•贝西主唱的主题曲，把钻石一举推向真爱的圣殿。
钻石变石墨
然而，钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨，就连收藏在伦敦塔里的非洲之星也不例外。虽然得花上几十亿年才会看见钻石的改变，但对拥有钻石的人来说，这或许仍然是令人难过的消息。
石墨的构造跟钻石完全不同，石墨是碳原子以六角形联结成的层状结晶，构造非常稳定坚固，碳原子间的键结强度也高过钻石。考虑到石墨通常当成润滑剂或铅笔的笔芯，它的碳原子键结强过钻石，还蛮令人意外的。
石墨的晶体结构
这个问题不难解释。石墨层内部的每一个碳原子，都跟另外三个碳原子共享四个电子，而钻石内的碳原子则和四个碳原子共享电子。这使得石墨层的电子结构跟钻石不同，虽然化学键更强，但缺点就是层与层之间缺乏多余的电子形成稳固的联结，只能靠材料世界的万用胶支撑，它是分子电场变动产生的弱吸引力，称为“范德华力”。蓝丁胶的黏性就是来自范德华力。由于受力时范德华力会最先瓦解，使得石墨非常柔软。这就是铅笔的原理。把石墨笔芯压在纸上会让范德华力瓦解，石墨层于是滑到纸上成为字迹。如果范德华力不这么弱，石墨会比钻石还坚硬。而这正是海姆团队的研究起点。
仔细观察铅笔的石墨笔芯，就会发现它是深灰色的，并带有金属光泽，难怪几千年来一直被人误认，称它为“笔铅”或“黑铅”，而“铅”笔也是因此得名。分不清铅和石墨情有可原，因为两者都是软金属（现在改称石墨为半金属）。
由于石墨不断出现新用途，例如非常适合铸造炮弹和枪弹，使得石墨矿也越来越值钱。17世纪和18世纪，石墨在英国贵得出奇，甚至有人挖掘秘密通道潜入矿坑偷取石墨，或是到矿场工作时趁机私下夹带。石墨的价格飙涨，走私和相关犯罪也不断增加，直到英国议会1752年通过立法对窃取石墨者处以重刑，最高可判一年劳役或流放澳洲七年，才遏止了这股歪风。1800年，石墨产业的规模更是庞大，所有石墨矿场入口都得由武装警卫站岗以保安全。
石墨有金属光泽，钻石没有，原因同样来自石墨的六角结构。之前提过，钻石内部每个碳原子的四个电子都各有一个外来电子与之键结，因此晶格内的所有原子都被牢牢固定着，且没有“自由”电子。所以钻石不导电，因为晶格内没有电子可以自由活动以承载电流。然而，石墨内部碳原子的外层电子不仅会和隔壁碳原子的电子键结，还会形成一片电子汪洋。这会造成几个结果：首先是石墨可以导电，因为结晶内的电子跟液体一样可以自由活动。其次，爱迪生制作的首盏灯泡就是以石墨为灯丝，因为它的熔点高，就算强力电流通过，也只会散发白热光，不会熔化。而且电子海还是光的电磁跳跃床，会反射光线，使得石墨会如同其他金属一样散发光泽。不过，海姆和他的同伴可不是靠解释石墨的金属性质拿到诺贝尔奖的。这只是他们的研究起点。
碳是地球上所有生物的生命基础。虽然那些碳和石墨差别很大，不过只要燃烧就能轻松变成石墨的六角形结构。木头加热会变成黑炭，面包也是，我们人类遇到火也会变得焦黑。然而，这些都不会产生黑亮的纯石墨，因为产生的石墨层并没有紧密叠合，而是零乱交错。焦黑的物质其实种类繁多，但有一个相同点：它们都含有最稳定的碳结构——六角薄层。
煤炭化为黑玉
19世纪时又有一种焦黑物质蹿起，那就是煤炭。煤炭和烧焦的面包不同，它的碳原子六角形平面结构不是受热产生的，而是腐殖质经过数百万年的地质作用形成的。煤炭最初是泥炭，但在适当温度和压力的作用下会变成褐炭，接着转为烟煤或沥青煤，再变成无烟煤，最后成为石墨。在这个过程中，煤炭逐渐失去易挥发的成分，也就是腐殖质里原有的氮、硫和氧，变成越来越纯的碳。当六角形平面开始生成，煤炭就会出现金属光泽。这个特征在一些漆黑如镜的煤炭上特别明显，例如无烟煤。不过，煤炭很少是纯碳，所以烧起来有时味道才会那么重。
由智利南洋杉石化而成的煤炭最具美感。它质地坚硬，可以凿切和抛光，散放美丽的乌黑光泽。这种煤炭又称为黑琥珀，因为它和琥珀一样能因摩擦而产生静电，让头发竖直。不过，黑玉才是它更广为人知的名字。19世纪，英国维多利亚女王为了悼念夫婿亚伯特王子的辞世，决定终生服丧，从此黑衣素服并佩戴黑玉首饰，立刻让黑玉蔚为时尚。
大英帝国对黑玉的喜好突然大增，使得黑玉矿藏量丰富的约克郡惠特比镇（就是作家斯托克后来写下《吸血鬼德古拉》的地方）一夜之间全面停止生产燃料，改做悼念首饰，从此成为知名的黑玉珠宝重镇。
过去若是宣称钻石跟煤炭以及石墨是同一种东西，一定会被笑是痴人说梦。一直到化学家开始观察钻石受热后的变化，局面才有所改观。
1772年，化学之父拉瓦锡就这么做了。他加热钻石至火红，发现钻石燃烧后什么都没留下，一点不剩，仿佛彻底消失了。这个实验结果让他大为意外。其他宝石无论是红宝石或蓝宝石都能耐赤热，甚至白热，完全不会燃烧，而钻石身为宝石之王却似乎有着致命弱点。
拉瓦锡接下来做的事情真是深得我心，充分展现了实验的优美之处。他在真空中加热钻石，不让空气与之反应，好加热到更高的温度。这个实验说易行难，尤其当时是18世纪，连要制造真空都不简单。然而，钻石受热后的反应让拉瓦锡瞠目结舌。钻石依然不耐赤热，但这回没有消失，而是变成了石墨：证明钻石和石墨确实由同一种物质组成，也就是碳。
知道这一点后，拉瓦锡和无数的欧洲人便开始寻找逆转的方法，想把石墨变成钻石。找到的人就能一夜致富，因此所有人都争先恐后。然而，这是艰巨的任务，因为所有物质都倾向从不稳定态转变为稳定态，而钻石的结构比石墨稳定，所以需要极高的温度和压力才能反转这个过程。地壳下有这种条件，但仍需要数十亿年才能生成一枚巨钻，而在实验室模拟同样的环境非常困难。每隔几年就有人宣称成功，却又一次次被证明失败。投入实验的科学家没有人一夜致富，有人说这证明了没人成功，有人则怀疑成功的人秘而不宣，暗地里慢慢发财。
合成多种碳结构
无论真相如何，一直到1953年才有可靠证据显示，真的有人做到了。如今人造钻石是非常庞大的产业，但仍旧无法跟天然钻石相抗衡。原因有几点：首先是虽然相关技术已经非常精进，使得小枚人造钻石的价格远低于开采得到的天然钻石，但这些钻石往往不够透明且有瑕疵，因为加速制造的过程会产生缺陷，使得钻石染到颜色。事实上，这些钻石几乎都用在采矿业，装配在钻探和切割工具上，不是为了美观，而是为了让工具能切开花岗岩和其他的坚硬石块。
其次，钻石的价值主要来自它的“纯正”。求婚钻戒虽然跟人造钻石构造相同，却是在地底深处酝酿十亿年而形成的。再次，就算你超级理性，不在乎宝石的出身来历，购买人造钻石赠送爱人还是要价不菲。市面上有许多闪亮的替代品不仅便宜许多，而且同样璀璨耀眼，只有钻石专家才分得出真假，例如方晶锆石就是不错的选择，甚至玻璃也可以。
不过，钻石的崇高地位除了受到石墨的强力挑战，还面临另一个打击，那就是它并非世上最硬的物质。1967年，人类发现碳原子还有第三种排列方式，能形成比钻石还坚硬的物质。这个物质名叫六方晶系陨石钻石，结构以石墨的六角形平面为基础，只是改为立体构造，据称硬度比钻石高出58％，但由于数量太少，所以很难测试。最早的样本是在美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷（Canyon Diablo）的陨石上发现的，高热和巨大的撞击力把石墨变成了六方晶系陨石钻石。
没有人用六方晶系陨石钻石做成婚戒，因为产生六方晶系陨石钻石的陨石撞击非常罕见，而且也只会生成极小的晶体。但发现碳的第三种排列方式还是不免引来好奇，除了钻石的立方体结构，煤炭、黑玉、木炭和石墨的六角形结构及六方晶系陨石钻石的三维六角形结构之外，会不会还有其他的排列方式存在？感谢航空工业，第四种排列方式很快就有人合成出来了。
飞机早期多由木材制成，因为木材质轻而硬。第二次世界大战期间，速度最快的飞行器其实是名叫“蚊式轰炸机”的木造飞机。然而，使用木材制作飞机骨架问题不少，因为很难做出无缺陷结构。因此当工程师想做出更大的飞行器时，便转而采用一种名叫铝的轻金属。但铝还是不够轻，所以许多工程师绞尽脑汁希望找出比铝更轻、更坚固的材料。这种材质似乎不存在，于是1963年英国皇家航空研究院的工程师决定自己来发明。
更轻更强的碳纤维
他们为这个材质命名为碳纤维，方法是把石墨纺成细丝。细丝织成布料再纵向卷起，就会有极高的强度和硬度。不过它的弱点跟石墨一样，就是仍然要依靠范德华力，但这问题只要用环氧胶包住纤维就可以解决了。于是一种全新的材质就此诞生，那就是碳纤维复合材料。
虽然碳纤维日后确实取代了铝成为制造飞机的材料（几年前问世的波音787，机体的七成是使用碳纤维复合材料），但这中间耗费了不少光阴。体育用品制造商可是立刻就爱上了这个材料。它一举提升了球拍的效能，使得死守铝和木材等传统材质的球拍，很快就被超越了。
我还清楚记得我朋友詹姆士拿着碳纤维网球拍来球场的那一天。球拍上碳纤维的黑色方格纹路非常明显。比赛前，他先把球拍借我，让我打几球感受它的轻盈与威力，然后拿回球拍，在比赛中把我打得落花流水。跟一个球拍比你轻一倍，力量比你大一倍的人打球，实在非常令人丧气。我朝他大吼：“你碳狠了！”可惜没用。
没多久，这个材料便横扫所有能用它制作出更轻、更强力器材的运动。基本上就是所有的运动。20世纪90年代，工程师开始用碳纤维制造更符合空气动力学的单车，从此改写了自行车竞赛。其中最经典的例子，或许是英国自行车传奇博德曼（Chris Boardman）和劲敌欧伯利（Graeme Obree）争夺“一小时纪录”的比赛。这项比赛是要了解人类单凭体力，能在一小时内骑多远。两位选手于20世纪90年代凭借制作越来越精良的碳纤维单车，不仅持续突破世界纪录，也不断打破对方的纪录。1996年，博德曼骑出一小时56.375公里的纪录，引发了国际自行车联盟的强烈反弹，立即下令禁用碳纤维单车，因为他们深怕这个新材料会彻底改变自行车运动的本质。
一级方程式赛车的做法完全相反。他们经常改变规则，以强迫车队在材料设计上不断创新。的确，科技领先是赛车运动不可或缺的一部分，而胜利不只是出于车手的驾驶技术，更来自工程设计的突破。
除了车类竞赛，连赛跑都受到碳纤维的影响，使用碳纤维义肢的残障选手越来越多，终于使得国际田径总会在2008年下令禁止这些运动员和体格健全的一般选手同场竞技，因为他们认为碳纤维义肢会造成不公平的竞争优势。不过，这项命令遭到国际体育仲裁法庭的否决。2011年，南非短跑选手“刀锋战士”皮斯托瑞斯参加了南非世界田径锦标赛的男子400米接力，全队获得了银牌。除非田径联盟采取自行车联盟的做法，否则碳纤维注定会在田径竞赛上扮演更重要的角色。
碳纤维复合材料空前成功，让不少工程师开始幻想追求最不可能的目标。他们问道：这个质地强韧的材料是不是能实现人类长久以来的梦想，兴建一座电梯直达太空？太空电梯计划又称为天钩、天梯或宇宙缆车计划，目的在兴建一条通道，连接赤道和赤道正上空的同步人造卫星。这个计划若能完成，外太空旅行将立刻成为人人负担得起的活动，所有人员和货品都可以轻松送上太空，几乎不必耗费能源。
俄国工程师阿特苏塔诺夫（Yuri Artsutanov）于1960年率先提出这个构想，希望建造一条长达3.6万公里的缆线，连接卫星和赤道上的定点船只。所有研究都显示他的构想确实可行，但制作缆线的材料必须具备极高的强度重量比。之所以要考虑重量，是因为搭建任何缆线结构前，都必须先考虑它能否支撑自己而不致绷断。因此以3.6万公里长的缆线来说，每股缆线的强度必须能举起一头大象，但即使顶级碳纤维也只能举起一只猫。不过，这是因为碳纤维缺陷太多。理论计算清楚指出，只要能做出纯碳纤维，它的强度就会大幅提高，甚至超过钻石。于是所有人开始寻找方法，希望做出这样的材料。
另外一种碳原子排列方式的出现为搜寻者带来了曙光，而且出自一个众人都始料未及的地方，那就是蜡烛的烛焰。1985年，克洛图（Harold Kroto）教授的研究团队发现烛火内的碳原子竟然会自行集结成超分子，而且都恰好包含60个原子。这些超分子外观有如巨大的足球，而建筑师巴克敏斯特•富勒正好设计过结构相同的六角网格球顶，因此这些超分子也称为“富勒烯”。克洛图的研究团队因为这项发现而获颁1996年的诺贝尔化学奖，同时也让世人明白了一件事：微观世界里可能还包含许多人类未曾见过的碳原子排列方式。
“富勒烯”的分子结构
碳原子几乎一夜之间成了材料科学最热门的研究对象，而且另一种碳原子的排列方式很快就出现了。
在新的结构中，碳原子会形成直径只有几纳米宽的长管，虽然结构复杂，却有一个特殊性质，那就是它会自行集结，完全无需外力就能自行合成复杂的纳米管，也不需要高科技器材协助，在蜡烛的烟里就能成形。这感觉就跟发现微生物一样，世界突然变成一个比我们想象得更复杂、更神奇的地方。不只是生物能自行合成复杂的结构，非生物世界也可以。世人开始着迷于制造和研究纳米分子，纳米科技也蔚为风潮。
纳米碳管的分子结构
纳米碳管很像迷你的碳纤维，只少了微弱的范德华力。科学家发现它是地球上强度重量比最高的物质，因此或许能用来制造太空电梯。所以问题解决了吗？其实不尽然。纳米碳管通常只有几百纳米长，但必须达数米长才能用来制作缆线。目前全球有数百个纳米科技研究小组正努力解决这个问题，但海姆的团队却没这么做。
海姆的团队问了一个更简单的问题：既然这些新的碳原子排列方式都以石墨的六角形结构为基础，而石墨本身又是一层层六角形平面堆栈而成的，那为何石墨不是我们在找的魔术材料？答案是，六角形平面状的石墨层太容易彼此松动，使得石墨非常脆弱。但要是只有一层石墨层呢？那会是什么状况？
海姆端着咖啡回到办公室时，我手里依然拿着他的奖牌。虽然是他要我拿出来看的，我还是微微有一点罪恶感。他放下咖啡，从我手中取走奖牌，放了一块来自英国坎布里亚郡石墨矿场的纯石墨到我掌心里，跟我说这块石墨是他到矿场拿的。他当时在曼彻斯特大学做研究，矿场就在同一条路上。说完他开始解释他的团队如何做出单层的碳原子六角形平面。
他撕了一小条胶带贴在那块石墨上，随即把它撕下。只见胶带上黏了一层散发着金属光泽的石墨薄片。接着他又撕了一小条胶带贴在石墨薄片上，再撕开。薄片顺利分成了两半。反复四五次之后，石墨薄片越来越细薄，最后他说其中有些石墨的厚度只剩一个原子了。我看了看他手上的胶带，只见上头有几个小黑点，但我不敢小觑，只好目不转睛地盯着看。海姆笑着说：“你不可能看见的，一个原子厚的石墨是透明的。”我故意用力点头假装知道。接着海姆带我到隔壁用显微镜看，这样就能瞧见石墨的原子层了。
海姆的团队拿到诺贝尔奖不是因为做出单层石墨，而是发现单层石墨的性质非常特别，就算放在纳米世界中也一样奇特，应该将它视为一种新材质，并且取个名字。他们决定叫它“石墨烯”。
神奇材料石墨烯
简单来说，石墨烯是世界上最纤薄、最强韧和最坚硬的物质，导热速度比目前已知的所有材料都快，也比其他物质更能载电，导电更快、电阻更小。此外，石墨烯还允许克莱因隧穿效应。克莱因穿隧效应是一种奇异量子效应，物质内的电子可以自由通过（隧穿）势垒，仿佛障碍完全不存在。这表示石墨烯很有潜力成为迷你发电厂，取代硅芯片成为所有数字运算和通信的核心。
石墨烯的分子结构
石墨烯纤薄、透明、强韧又易导电，因此也可能成为未来触控界面的首选材料，不仅能用在我们已经习以为常的触控屏幕上，甚至连在物品和建筑上也能应用。不过，石墨烯最出名也最古怪的一点，就是它是二维材料。它当然有厚度，只不过就只能这么厚，薄一点或厚一点就不是石墨烯了。海姆的团队展示了这一点。加上一层碳原子到石墨烯上，它就会变回石墨；取走一层碳原子就什么也不剩。
我的美术老师巴灵顿先生说，石墨是比钻石还要高等的碳，虽然他说话的当时并不知道我们在这里讨论的内容，但他几乎全说对了。他还强调石墨的原子特性很重要，这一点也说对了。石墨烯是构成石墨的基本单位，厚度只有一个原子。你用铅笔写字，有时在纸上留下的就是它。石墨烯可以单纯地用来表达艺术，不过它的功用远大于此。石墨烯和卷成管状的纳米碳管将成为人类未来世界的重要推手，从微观到宏观，从电子到汽车、飞机和火箭，甚至（谁晓得？）太空电梯，统统都将与这两种材料有关。
没有石墨就没有石墨烯。所以这表示石墨终于超越钻石，这匹黑马终于在缠斗数千年后甩开钻石脱颖而出了吗？尽管现在还言之过早，不过我是有点存疑。因为虽然石墨烯终将开创工程科技的新时代，科学家和工程师也已经对它爱不释手，但不表示它就至高无上了。钻石或许不再是最坚硬和强韧的物质，我们也知道它并非永恒，但大多数人依然不这么想。钻石依然是坚贞爱情的见证。钻石和真爱的联结或许源自高明的营销手腕，但对我们已经成为真实。
石墨烯也许比钻石更有用处，但它不会熠熠生辉，它薄得几乎看不见，而且只有二维平面，这些都不是世人眼中真爱的特质。因此，我认为除非哪天营销公司看上石墨烯，否则立方晶体结构的碳依然会是女人最好的朋友。