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小木蟲論壇-學(xué)術(shù)科研互動平臺 » 材料區(qū) » 無機(jī)非金屬 » 綜合其它 » 一種材料
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504518785銅蟲 (小有名氣)
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石墨烯—改變世界的新材料 我們每個人都有使用鉛筆的經(jīng)歷，但幾乎沒有人意識到當(dāng)我們用鉛筆在紙上留下字跡的同時也不知不覺地制造出了很有可能在不久的將來改變?nèi)祟惿畹男虏牧�。這種目前在科學(xué)界最熱門的材料就是石墨烯。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最小的極限，那就是單層的剝離，即形成厚度只有一個碳原子的單層石墨，這就是石墨烯。但長久以來，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點運(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字有異曲同工之妙，即通過透明膠帶對石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終通過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，不僅是因為它打破了二維晶體無法真實存在的理論預(yù)言，更為重要的是石墨烯的出現(xiàn)帶來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)獎的提名。 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，并且樂觀地預(yù)計不久就會出現(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)雜的相對論量子力學(xué)來闡釋。因此石墨烯為相對論量子力學(xué)的研究提供了很好的平臺，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該理論進(jìn)行驗證，如今終于可以在普通環(huán)境下輕松開展研究了。 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)電性及其對光的高透過性又讓它在透明導(dǎo)電薄膜的應(yīng)用中獨具優(yōu)勢，而這類薄膜在液晶顯示以及太陽能電池等領(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能器件方面也已經(jīng)展示出誘人的應(yīng)用前景�？梢哉f，石墨烯的出現(xiàn)不僅給科學(xué)家們提供了一個充滿魅力與無限可能的研究對象，更讓我們對其充滿了期待，也許在不久的將來，石墨烯就會為我們搭建起更加便捷與美好的生活。 看了以上的介紹，如果你對石墨烯產(chǎn)生了興趣的話，不妨也可以嘗試著DIY一下。其實很簡單，只要你一點石墨、有一卷膠帶和一臺顯微鏡就可以了，當(dāng)然還要加上足夠的耐心。好了，現(xiàn)在你就可以像Geim教授一樣開始在科學(xué)世界中的探索了。 [ Last edited by 504518785 on 2010-5-30 at 21:49 ] |
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2樓2010-05-31 22:34:31
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