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打开新世界大门的材料——石墨烯

时间:2023-05-29 09:05:02 点击:285次

科技一直是推动人类社会不断发展的根本动力。 随着科学理论的不断建立,越来越多令人惊奇的设计出现在理论推算中,但要将如此惊人的设计转化为真正的产品,仍然困难重重。 没那么容易,材料是最大的问题。 2004年,美国伯明翰学院的两位科学家安德烈·盖姆(Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫( )制备出了双层石墨烯,随后在2009年又分别制成了双层和单层石墨烯。 在烯体系中,分别发现了整数量子霍尔效应和室温下的量子霍尔效应,轰动了整个数学界。 他们也因此获得了2010年的诺贝尔化学奖,从此数学界掀起了一股石墨烯热潮。

安德烈海姆

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理想的石墨烯结构可视为剥离的单原子层石墨。 基本结构是由sp2介孔碳原子生成的六元环类苯单元和无限膨胀的二维晶体材料。 这是目前世界上最薄的材料。 - 材料长度为单个原子。 这些特殊的结构蕴含着丰富而新颖的化学现象,使石墨烯展现出许多优异的性能。 石墨烯除了具有优异的热性能(电子在温度下的迁移率可达2×/(V·s))外,还具有出色的导热性能。 性能(/(m·K)),非凡的比表面积(/g),其杨氏泊松比()和断裂硬度()也可以与碳纳米管抗衡,但它也有一些奇特的性能,如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应、永不消失的浊度率等一系列性能,正是由于石墨烯材料具有如此多的独特性能,石墨烯在电子、信息等领域具有广阔的应用前景、能源、材料和生物医药。

双层石墨烯

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目前制备石墨烯的方法有很多,主要分为数学方法和物理方法。 化学法一般以廉价石墨或膨胀石墨为原料,采用微机械剥离法、液相或液相直接剥离法制备双层或多层石墨烯。 该法原料易得,操作相对简单。 石墨烯含量高,缺陷少,但耗时长,成品率低,不易量产。 物理方法主要有物理液相沉积法(简称CVD法)、晶体外延生长法、氧化还原法等。 (各种技术的具体原理这里就不一一介绍了,有兴趣的可以在评论区讨论)而你绝对想不到安德烈·盖姆(Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫是怎么做到的,是撕胶! ! !

据说,为了制作石墨薄膜,他们用抛光机将一块几毫米厚、半径一英寸的人造石墨进行抛光,但最后只得到厚度约一英寸的石墨块。 10微米,这对于抛光机来说已经是可能的了。 电影已经到了极限。 但这对于两位科学家的要求来说还是太厚了,自此他们的研究就陷入了两难境地。 没有无尽的路这样的东西。 一次偶然的机会,杰姆在对面的实验室里和来自波兰的中层研究员奥列格聊了起来。 他对奥列格开玩笑说,他正在做一份把一座山磨成一粒沙子的工作。 然后奥列格使用了一块来自实验室的带有石墨片的胶带。 听说他是从垃圾桶里挖出来的(),每次做实验前,他们都用胶水把石墨表面撕开,这样就漏了一个干净清爽的表面给仪器扫描,从来没有人仔细看过上面写的是什么废弃的胶水。 盖姆把奥列格的胶水放在显微镜下,发现有些碎片比用抛光机抛光的要薄很多。 此后,他不停地“撕胶”,双层石墨烯就这样被撕掉了! ! ! 人们不禁开玩笑说,我和成功之间只有一卷胶水吗? (虽然撕胶不是那么简单,需要烘烤,反复粘撕,将撕下粘在光刻胶上的石墨片用乙醇氨水洗净,最后将残留在光刻胶上的石墨片将填充有醋酸的玻璃基板进行超声处理,从而得到双层石墨烯。)

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你离成功只有一步之遥。 . . . . .

事实上,双层石墨烯的发现无疑为工业化生产打开了一扇新大门,在传感、显示、半导体、医药等领域都极为重要。 事实上,石墨烯的各种制备方法或多或少都有缺点,一些科学家也在不断研究可以替代石墨烯的新材料,但这种材料终究只能替代一个方面,终究不如石墨。 ene如此全面。