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梦想:关于石墨烯的那些事儿

导读: 石墨烯被冠以“21世纪所发现的最神奇材料”,其具有无与伦比的物理和化学特性——它是迄今为止所发现的最薄、最硬,也是电阻最低的一种“超级”纳米材料,多领域的广泛应用前景给石墨烯带来巨大的市场开发价值和商业价值,应用潜力难以估量。

  近10年来,“石墨烯”成了一个热门词语,引发了全世界的追捧浪潮。这种听上去平实无华的物质之所以一经发现便迅速被冠以“21世纪所发现的最神奇材料”,全赖其所具有的无与伦比的物理和化学特性——它是迄今为止所发现的最薄、最硬,也是电阻最低的一种“超级”纳米材料,多领域的广泛应用前景给石墨烯带来巨大的市场开发价值和商业价值,应用潜力难以估量。

梦想:关于石墨烯的那些事儿

  石墨烯的奇妙之处

  众所周知,人们常见的石墨是一层层以蜂窝状有序排列的碳原子堆叠而形成的。但是一直以来,石墨烯却被认为是不可能在自然界中稳定存在的。实际上,当石墨被剥离到单层、只有一个碳原子厚度时,所得到的石墨片就是石墨烯,这在下文会提到。它看上去就像是一张六边形网格构成的平面。这种独特的二维结构使之具有诸多优异性能。

  石墨烯的奇妙之处,似乎只有用量子物理学的概念方能充分诠释。它薄,可以薄到只有一个碳原子的厚度,一毫米厚的石墨薄片中能够剥离出300万层石墨烯;它硬,它比钢要硬上百倍;它透明而不透气,在可见光下是透明的,但不透气,这令它非常适合被用于制作保护层和触摸屏、光伏电池等电子产品的原料;它导热、导电奇佳,电阻比现有的良导体铜和银还要低许多,极其适合被用以开发更薄、速度更快的新一代电子元件。

  “误打误撞”发现石墨烯

  2004年,英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·海姆和他的学生康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室中成功地从石墨中分离出石墨烯,从而证实它可以单独稳定存在。师徒二人也因“关于二维石墨烯材料的开创性实验”而一同获得2010年的诺贝尔物理学奖。

  海姆在实验室制得石墨烯的方法说来难以置信地简单而原始:他偶然发现,用普通透明胶带粘住石墨薄片的两侧,然后撕开胶带,薄片随之一分为二,而不断重复这一过程,就能得到越来越薄的石墨薄片,最后得到的样品中就有由一层碳原子构成的石墨烯。海姆在总结他的实验方法时说:“没别的,就是误打误撞的乱试一气。碰对了,就成了。”曾有报道说,海姆的“乱试”(try crazy things)在同行中是出了名的。在他身上还有一项纪录值得一提:他是有史以来获得“两个诺贝尔奖项”的第一人。除了发现石墨烯这一次,另一次是因成功地利用强磁场把青蛙悬浮在空中而荣获2000年的“搞笑诺贝尔奖”。当年他还一本正经地出席了颁奖典礼,当时可能没人会想到,10年后他获得了真正的诺贝尔奖。

  2012年10月,诺沃肖洛夫与其他科学家在《自然》杂志上发表了题为《石墨烯路线图》的文章,描述了石墨烯在柔性电子(包括触摸屏、电子纸、可折叠OLED等)、光子器件、复合材料、能量存储、传感、生物医学等诸多领域的应用。简而言之,石墨烯应用大有可为。

  英国的石墨烯战略

  作为石墨烯的发现国,英国已将其确定为国家创新战略的重要新兴技术之一,充分利用天时、地利、人和,力争成为世界领先的石墨烯研发和制造基地。

  2011年,英国政府宣布投入5000万英镑支持石墨烯研究,包括建立总投资达6100万英镑的国家石墨烯研究院;2012年12月,英国政府增拨2150万英镑用以资助石墨烯材料应用领域的研究;到了2014年9月,英国又宣布投资6000万英镑成立石墨烯工程创新中心,作为国家石墨烯研究院的补充,以期加速石墨烯应用研究和开发。由此可见,英国致力于石墨烯研发及商业化的决心和力度之大,正如英国财政大臣奥斯本所言,英国政府将“致力于确保让英国的发现在英国做出名堂来”。

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