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生而不凡的石墨烯

来源:颗粒在线 367 2020-01-07

2004年,英国剑桥大学科斯提亚·诺沃舍洛夫博士和安德烈·盖姆教授通过用胶带反复剥离石墨薄片的方法,得到了稳定存在的石墨烯。


石墨烯的发明者:安德烈·盖姆(左)与科斯提亚·诺沃舍洛夫(右) | 来源:网络

接着,他们又以亲手制作的石墨烯为原料,把石墨烯制成只有1个原子厚、10个原子宽的薄膜带,成为世界上最薄的“纳米带”,他们认为这是制作单分子晶体管的首选材料,并首次为单分子晶体管起名为“量子点”。

在随后的3年里,他们在单层和双层石墨烯体系中,分别发现了整数量子霍尔效应,随即又发现了常温条件下的量子霍尔效应。

2008年1月7日,他们将这一成果以“石墨烯纳米带:多体效应的功能”为题,发表在《物理评论》杂志上。

由于石墨烯材料的发明,以及相关量子效应的发现,诺沃舍洛夫和盖姆获得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯由单层碳原子组成,碳原子像蜂巢那样组成六角形的格网,整齐而有序地沿着二维延展开来,使它具有奇特的物理、化学和电子特性,堪称“材料之王”。

它是最薄的材料,只有一个原子厚,1毫米的石墨大约含有300万层石墨烯;它也是最强韧的材料,其抗断裂的强度比最好的钢还要高出200倍;它具备最好的弹性,拉伸的幅度可以达到自身尺寸的20%;它的柔软度超过橡胶,可以任意弯曲而不易折断;它是最透明的材料,几乎能百分之百毫无吸收地透光,但它又十分致密,即使最小的气体分子氮原子,也无法穿透;它的导电性最好,电子在其上穿行速度可达光速的1/300;更难以想象的是,虽然石墨是最软的矿物质,隐在其中的石墨烯的硬度竟然超过了金刚石!

除此以外,它还具有多种优良的光敏、热敏等半导体特性。

石墨烯将最薄、最坚硬、导电导热最强、最有弹性和韧性、最透明、最致密等极端特性集于一身, 给现今的各个技术领域带来了无限的希望,因而被称为“稀世黑金”。

科学家预言,石墨烯的问世将“彻底改变21世纪”。


被预言将要改变人类世界的新材料“石墨烯” | 来源:网络


本文转载于《科学历2018科学史上的今天》,由科学π工作室编著,清华大学出版社出版。

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