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( C$ V- A/ h) f 石墨烯—改變世界的新材料,。; c7 R& H G% x; f
我們每個(gè)人都有使用鉛筆的經(jīng)歷，但幾乎沒(méi)有人意識(shí)到當(dāng)我們用鉛筆在紙上留下字跡的同時(shí)也不知不覺(jué)地制造出了很有可能在不久的將來(lái)改變?nèi)祟惿畹男虏牧�,。這種目前在科學(xué)界最熱門(mén)的材料就是石墨烯。顧名思義,，石墨烯與石墨有緊密的聯(lián)系,。我們知道，石墨是一類層狀的材料,，它是由一層又一層的二維平面碳原子網(wǎng)絡(luò)有序堆疊而形成的,。由于層間的作用力較弱，因此石墨層間很容易互相剝離,，形成薄的石墨片,，這也正是鉛筆能在紙上留下痕跡的原因。這樣的剝離存在一個(gè)最小的極限,，那就是單層的剝離,，即形成厚度只有一個(gè)碳原子的單層石墨，這就是石墨烯,。但長(zhǎng)久以來(lái),，科學(xué)家們從理論上一直認(rèn)為這種純粹的二維晶體材料是無(wú)法穩(wěn)定存在的，一些試圖制備石墨烯的工作也均以失敗而告終,。直到2004年,，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的A. Geim教授及其合作人員憑借極大的耐心與一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣終于如大海撈針般首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯,。他們采取的手段與鉛筆寫(xiě)字有異曲同工之妙，即通過(guò)透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)使得石墨片的厚度逐漸減小,，最終通過(guò)顯微鏡在大量的薄片中尋找到了理論厚度只有0.34納米（約為頭發(fā)直徑的二十萬(wàn)分之一）的石墨烯,。這一發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界引起了巨大的轟動(dòng),，不僅是因?yàn)樗蚱屏硕S晶體無(wú)法真實(shí)存在的理論預(yù)言,，更為重要的是石墨烯的出現(xiàn)帶來(lái)了眾多出乎人們意料的新奇特性，使它成為繼富勒烯和碳納米管后又一個(gè)里程碑式的新材料,。而Geim教授也憑借這一發(fā)現(xiàn)獲得了2008年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的提名,。 3 E, w! P# t3 Z- G( v
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石墨烯這一目前世界上最薄的物質(zhì)首先讓凝聚態(tài)物理學(xué)家們驚喜不已。由于碳原子間的作用力很強(qiáng),，因此即使經(jīng)過(guò)多次的剝離,，石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)依然相當(dāng)完整，這就保證了電子能在石墨烯平面上暢通無(wú)阻的遷移,，其遷移速率為傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅材料的數(shù)十至上百倍,。這一優(yōu)勢(shì)使得石墨烯很有可能取代硅成為下一代超高頻率晶體管的基礎(chǔ)材料而廣泛應(yīng)用于高性能集成電路和新型納米電子器件中。目前科學(xué)家們已經(jīng)研制出了石墨烯晶體管的原型,，并且樂(lè)觀地預(yù)計(jì)不久就會(huì)出現(xiàn)全由石墨烯構(gòu)成的全碳電路并廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中,。此外，二維石墨烯材料中的電子行為與三維材料截然不同,，無(wú)法用傳統(tǒng)的量子力學(xué)加以解釋,，而必須運(yùn)用更為復(fù)雜的相對(duì)論量子力學(xué)來(lái)闡釋。因此石墨烯為相對(duì)論量子力學(xué)的研究提供了很好的平臺(tái),，而在這之前科學(xué)家們只能在高能宇宙射線或高能加速器中對(duì)該理論進(jìn)行驗(yàn)證,，如今終于可以在普通環(huán)境下輕松開(kāi)展研究了。 - c9 L( C$ z6 ^! ^, {( w
% I( j [# B" o0 Y 石墨烯還具有超高的強(qiáng)度,，碳原子間的強(qiáng)大作用力使其成為目前已知的力學(xué)強(qiáng)度最高的材料,，并有可能作為添加劑廣泛應(yīng)用于新型高強(qiáng)度復(fù)合材料之中。石墨烯良好的導(dǎo)電性及其對(duì)光的高透過(guò)性又讓它在透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用中獨(dú)具優(yōu)勢(shì),，而這類薄膜在液晶顯示以及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域至關(guān)重要,。另外，石墨烯在高靈敏度傳感器和高性能儲(chǔ)能器件方面也已經(jīng)展示出誘人的應(yīng)用前景,�,？梢哉f(shuō)，石墨烯的出現(xiàn)不僅給科學(xué)家們提供了一個(gè)充滿魅力與無(wú)限可能的研究對(duì)象,，更讓我們對(duì)其充滿了期待,，也許在不久的將來(lái)，石墨烯就會(huì)為我們搭建起更加便捷與美好的生活,。
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% |' ^( Q; T9 n Y 看了以上的介紹,，如果你對(duì)石墨烯產(chǎn)生了興趣的話，不妨也可以嘗試著DIY一下。其實(shí)很簡(jiǎn)單,，只要你一點(diǎn)石墨,、有一卷膠帶和一臺(tái)顯微鏡就可以了，當(dāng)然還要加上足夠的耐心,。好了,，現(xiàn)在你就可以像Geim教授一樣開(kāi)始在科學(xué)世界中的探索了。 . D) S( |, }4 {6 H. N4 ]* a4 \
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英國(guó)曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在石墨烯方面的研究榮獲２０１０年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。/ D$ H, n5 q' Q; P& u# l/ W8 e2 S
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發(fā)表于 2016-12-5 07:39:11
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