石墨烯 - Graphene,目前世界上最薄最结实的材料
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Yird 于 2009年7月13日 00:31 发表
自从2004年石墨烯被英国曼彻斯特大学(University of Manchester)Andre K. Geim和他的同事们制备出以来,有关的科学研究就从未间断过。到今天,单单美国科学杂志网上就有141一篇关于石墨烯的文章。仿佛可以肯定的说,每当科学网或杂志上有一篇与之有关的文章刊出,媒体界就会大肆报导一翻。那么,是什么让它如此让人们关注呢?
因为它很特别,科学家们已经证明出它是目前已知的世界上最薄的材料,也是有史以来见过的最结实的材料。作为单质,它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯在原子尺度上结构非常特殊,必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。
石墨烯的英文名字为Graphene,最早出现在1987年,当时科学们用之称谓“单层石墨”,或描述碳纳米管(nanotube);所以碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯。很明爆显,该命名与石墨(graphite)有关。
石墨烯跟钻石一样,都是纯碳,但它比钻石硬很多。石墨烯是由碳原子构成的二维晶体,碳原子排列与石墨的单原子层一样,成蜂窝状(honeycomb)。虽然它很结实,但是柔韧性跟塑料包装一样好,可以随意弯曲、折叠或者像卷轴一样卷起来。
石墨可以简单理解(铅笔里的笔芯等)是由堆叠在一起的石墨烯制成的。虽然每层石墨烯都很坚韧,但是层与层之间的连接非常不牢固,因此当你用铅笔写字时,纸上就会留下一道黑印。

石墨与石墨烯的关系
石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300,远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子,或更准确地,应称为“载荷子”(electric charge carrier),的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的潜在应用方向包括触摸屏、太阳能电池、能量储存装置、手机和高速电脑芯片。然而杰姆表示,要用这种材料取代电脑芯片里的基本电子材料硅,还需要很长时间。5年前他第一个发现如何制成石墨烯。麻省理工学院研究石墨烯的研究人员Tomas Palacios说:“在最近和这项研究的中期阶段,石墨烯很难取代硅,成为电脑电子的主要材料。硅是一项价值数万亿美元的产业,完美的硅加工技术已经产生40多年。”
目前有三种方法制备石墨烯,一种是加热SiC的方法, 另一种是轻微摩擦法或撕胶带法.第三种是化学分散法.
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