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开启未来的“黑金钥匙”——石墨烯

日期: 2018-05-03
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从制作铅笔芯的主要材料石墨中,能剥离出只有一层原子厚度的石墨烯。这是被誉为“黑金”的新材料,最薄却最坚硬,可制作复合材料和涂层,主要应用在汽车、建筑、电池、航空等领域。

2004年,英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地从石墨中剥离出只有一个原子厚度的二维材料石墨烯,证实了它可以单独存在,而两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖。


主要从事碳基纳米结构的可控制备与加工、物性调控与功能电子器件方面研究的中国科学院物理研究所研究员张广宇说,“机械剥离法是制备石墨烯的主要方法之一,这种方法原理十分简单,就是一层一层地解理,最后剩下一个单层,就得到了石墨烯。”


开启未来的“黑金钥匙”——石墨烯

科学家们近十年来对石墨烯不断地进行研究,挖掘出了石墨烯的很多特性。张广宇介绍,从物理尺度上讲,石墨烯是一个二维材料,它具有超薄的特性,只有一个原子那么厚,透光率高达约97.7%,是世界上最坚硬且最薄的纳米材料。


另外石墨烯不但机械强度好,它的导电性能也很出众,其导电性比银和铜还要强。近日,美国麻省理工学院科学家帕博罗·加力罗-埃雷拉及其同事发现,当两层石墨烯以一个“神奇角度”缠扭在一起时,它们表现出非常规超导电性。也就是说,研究团队在两层石墨烯中发现了新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变,而其属性与铜氧化物(其结构往往难以调整)的高温超导类似。


基于石墨烯极其优异的物理特性,人们对它的应用寄予厚望。近十年的研究表明,石墨烯在基础研究、高频电子器件、柔性显示、电化学生物传感器、新能源电池、超级电容、导热材料、航空航天等领域有着非凡的应用潜力,被誉为“黑金”和“新材料之王”。我们相信,与石墨烯有关的新技术、新发明会在不远的将来走进人们的日常生活,给人类带来巨大福音。


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