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聽得見的科學史:「稀世黑金」石墨烯


書圈生而不凡的石墨烯-年月日-年,英國劍橋大學科斯提亞·諾沃舍洛夫博士和安德烈·蓋姆教授通過用膠帶反覆剝離石墨薄片的方法,得到了穩定存在的石墨烯。接著,他們又以親手製作的石墨烯為原...

- 2018年7月28日00時26分
- 科學文摘 / 書圈

書圈

生而不凡的石墨烯 -2008年1月7日-

2004年,英國劍橋大學科斯提亞·諾沃舍洛夫博士和安德烈·蓋姆教授通過用膠帶反覆剝離石墨薄片的方法,得到了穩定存在的石墨烯。接著,他們又以親手製作的石墨烯為原料,把石墨烯製成只有1個原子厚、10個原子寬的薄膜帶,成為世界上最薄的「納米帶」,他們認為這是製作單分子電晶體的首選材料,並首次為單分子電晶體起名為「量子點」。在隨後的3年里,他們在單層和雙層石墨烯體系中,分別發現了整數量子霍爾效應,隨即又發現了常溫條件下的量子霍爾效應。2008年1月7日,他們將這一成果以「石墨烯納米帶:多體效應的功能」為題,發表在《物理評論》雜誌上。由於石墨烯材料的發明,以及相關量子效應的發現,諾沃舍洛夫和蓋姆獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

石墨烯由單層碳原子組成,碳原子像蜂巢那樣組成六角形的格網,整齊而有序地沿著二維延展開來,使它具有奇特的物理、化學和電子特性,堪稱「材料之王」:它是最薄的材料,只有一個原子厚,1毫米的石墨大約含有300萬層石墨烯;它也是最強韌的材料,其抗斷裂的強度比最好的鋼還要高出200倍;它具備最好的彈性,拉伸的幅度可以達到自身尺寸的20%;它的柔軟度超過橡膠,可以任意彎曲而不易折斷;它是最透明的材料,幾乎能百分之百毫無吸收地透光,但它又十分緻密,即使最小的氣體分子氮原子,也無法穿透;它的導電性最好,電子在其上穿行速度可達光速的1/300;更難以想像的是,雖然石墨是最軟的礦物質,隱在其中的石墨烯的硬度竟然超過了金剛石!除此以外,它還具有多種優良的光敏、熱敏等半導體特性。


石墨烯將最薄、最堅硬、導電導熱最強、最有彈性和韌性、最透明、最緻密等極端特性集於一身,給現今的各個技術領域帶來了無限的希望,因而被稱為「稀世黑金」。科學家預言,石墨烯的問世將「徹底改變21世紀」。

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