丢弃物中的惊人发现:开启二维材料新世界

  次阅读 来源:互联网(转载协议) 2016-10-21 09:31 我要评论(0)

石墨烯富有可塑性,可卷曲成圆筒状,变成一维碳纳米管;也可制成球状或椭球状,得到零维的富勒烯。

■中外石墨烯动态

石墨烯发现者之一、英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆不久前在2016中国国际石墨烯创新大会上,向公众讲述自己获得2010年诺贝尔物理学奖之后,仍投入90%的时间在实验室做基础研究的情况。他演讲所迸发的创新思维,令人耳目一新、脑洞大开。

开启二维材料新世界

长期以来,人们对二维结构的晶体了解不多。二维晶体以平面形式存在,犹如将三维晶体减薄至一个原子层厚。传统理论认为,准二维晶体结构因其热力学不稳定性在自然界中根本不可能找到。直到2004年,安德烈·海姆与其同事康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次从高定向热解石墨上成功分离出单层石墨片——石墨烯,用事实证明二维材料可在常温常压下稳定存在。

可以说,石墨烯的发现开启了二维材料的世界之门。海姆指出:“石墨烯并非独一无二的二维材料,还有很多二维材料具有特殊性能,可能在某一些应用中表现更好。除石墨烯外,还有很多同石墨烯相似的材料值得探究。”

例如,磷烯是一种从黑磷剥离出来的有序磷原子构成的单片材料。它的一些特性可被应用于多个领域。而且,黑磷的非线性光学特性已被多家机构证实可用于产生超快激光。预计不久的将来,它将成为“第二个石墨烯”。

硅烯是一种只有单层原子厚,同时可在银表面生长的材料,拥有一些和石墨烯类似的材料属性,但同时还有一些更加优秀的特征,包括更低的对称性组、更强的自旋—轨道耦合。研究人员正在探究,它也许更适合与硅基电子器件集成,成为石墨烯的竞争对手。

原子层上做乐高拼接

对石墨烯而言,研究人员可在其原子层上做各种拼接,仿佛儿童在玩乐高积木。如将石墨烯以堆垛方式一层一层叠加,生成三维石墨;把石墨烯卷曲成圆筒状,变成一维碳纳米管;将石墨烯制成球状或椭球状,得到零维的富勒烯。由此,石墨烯可作为组成其他碳材料的结构基矗

海姆指出:“把石墨烯与其他材料进行人为整合,花费几周时间将原子搭配设计出一个复杂的结构,会让石墨烯更加有‘魔力’,并在此基础上对这些物质的不同特性展开深入研究。这类研究成果可称为石墨烯3.0。”

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