目前，超导体在科研领域占据着十分重要的地位。而这也推进了超导体即将实现其特性的实际应用。当然要想实现真正应用超导体，必须克服几个难题，如：高温超导微观机制的探索；如何提高超导临界温度；新材料超导临界电流的提高；如何维持超导体的超导状态而达到节能的目标等等。源^自·优尔{文·论[文'网]www.youerw.com

1.2  超导结与Josephson效应

在研究超导体的过程当中常将一绝缘薄层（或非超导体金属）嵌入两块超导体的中间，便构成了通常所说的超导结。

当超导结的厚度小到约为10埃到30埃时，会出现超导结两边的库伯电子对波函数相耦合的现象，超导结上会出现超导电流，这种现象被称为Josephson效应，1962年剑桥大学研究生B.D.Josephson对这个现象进行了理论研究并作出了如下预言：

（1）当超导结上的电压为V=0时，有微小的超导电流通过超导结，产生这个电流的原因是Cooper对发生了隧道效应，这一电流存在临界电流密度jc，jc取决于外磁场。这种现象称为直流Josephson效应。

（2）当超导结上V>0零时，Cooper电子对亦产生遂穿电流，且此时这个隧穿电流为交流电流，其频率 ，满足 。这种现象称为交流Josphson效应。

Josephson预言Josephson效应几年后就被实验证实其正确性，由于这项特殊的贡献，Josephson、I.Giaever和Leo Esaki三人共同获得1973年的诺贝尔物理学奖。

1.3  石墨烯及其性质

石墨烯是构成晶体的原子杂化方式为sp2杂化的碳原子构成正六边形蜂巢状的二维单原子层片状结构的新型材料。一直以来，热力学涨落理论都认为石墨烯无法被制备出来，单独存在。2004年，石墨烯被从实验室中成功制备出来，否定了热力学涨落理论中“在有限温度下不允许二维自由晶体存在”的论断。Geim和Nevoselov因为石墨烯的成功制备，共同获得了2010年物理学奖。

石墨烯的二维面并不是完全平直的，而是有一定的波动状。石墨烯的晶格结构极其稳定不存在晶格缺陷，这是由于其上石墨烯碳原子稳定共价键及其微波状结构，当对石墨烯施加外力时，石墨烯面会发生弯曲变形，从而导致碳原子处于原来的排列位置。

研究表明，石墨烯有许多由于其他材料的奇异特点：薄而强度大、几乎透明（单层，只吸收约2.3%的光）、硬度极高、导热性优越（比表面积高）、电子迁移速度快（约为光速的1/300）、电阻率低。如上所述，石墨烯具有二维蜂巢结构，石墨烯上的碳原子间的化学键均为 键和共轭 键， 是决定石墨烯拥有的强度比钢铁高数十倍主要原因，石墨烯中的碳原子杂化后剩下的一个p电子形成 键，由于相邻碳原子间共价键键能高，碳原子间共价键稳定性强，石墨烯中几乎没有晶格缺陷，因此石墨层上上下两边的电子在石墨烯中运动时，电子因不受散射而高速运动。这也能说明为何石墨烯有良好的导电性。

虽然在石墨烯被成功制备出来的短短几年间，有关石墨烯的科研报告和科研成果已经取得了许多重大突破，但目前石墨烯的主要制备方法方法都难以促进石墨烯走向规模生产。基于石墨烯各种优越特性，石墨烯的可在众多领域得到广泛应用，如：制造超轻防弹衣和轻薄飞机材料，生产超级计算机，生产高速晶体管等等，这些应用有望引发新一轮材料革命。但石墨烯的在真正应用方面却也遇到不少难题，如：尺寸大于20微米时，悬浮石墨烯很难稳定，而衬底上更大的石墨烯很难完整剥离衬底；目前，还没有发现制备石墨烯的高效方法；石墨烯价格昂贵；目前除了科研实验外，石墨烯还未形成规模性的产业发展。