解釋石墨烯是中學(xué)生能理解的術(shù)語(yǔ)

解釋石墨烯是中學(xué)生能理解的術(shù)語(yǔ)

如果你曾經(jīng)用過(guò)鉛筆，你可能已經(jīng)制造出石墨烯，這是世界上最薄的材料，實(shí)際上在我們的生活中無(wú)處不在。

在很早的一個(gè)階段，一些人從理論上證明了石墨烯的存在，一些人從理論上獲得了它的優(yōu)良特性。自1859年以來(lái)，科學(xué)家們嘗試了不同的方法來(lái)提取石墨烯，無(wú)論是從物理上還是化學(xué)上。直到2004年，曼徹斯特大學(xué)的兩位教授安德烈·蓋姆（Andre Geim）和科斯特亞·諾沃塞洛夫（Kostya Novoselov）都是SUC的教授。石墨烯與石墨成功分離。

在石墨烯發(fā)現(xiàn)之前，研究人員普遍認(rèn)為單層石墨在室溫下不可能穩(wěn)定存在，石墨烯的出現(xiàn)無(wú)疑打破了人們的認(rèn)識(shí)。

事實(shí)上，我們應(yīng)該從石墨開始。在義務(wù)教育階段，教科書區(qū)分了碳的幾種空間結(jié)構(gòu)，即由同一元素組成的不同物質(zhì)，最具代表性的三種材料是金剛石、碳60和石墨。

其中，石墨是一種層狀結(jié)構(gòu)，由許多重疊的碳層組成，如果其中一層被單獨(dú)取出，單層中的碳原子就是石墨烯。

這一層碳原子是六角蜂窩狀的，每個(gè)頂點(diǎn)上都有碳原子，所以六邊形聚在一起形成了一個(gè)非常穩(wěn)定的平面。

在試圖分離單層石墨烯的過(guò)程中，研究人員采用了常用的分離方法，如拋光、爆炸等，傳統(tǒng)的分離方法很難分離石墨烯，在觀察石墨顆粒時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨顆粒的厚度接近1000層。我們?cè)鯓硬拍馨?000層分開

海姆用的是最接地的方法，用膠帶。每次膠帶粘在一起，就會(huì)有一些石墨層脫落。如果膠帶對(duì)折，部分石墨層將繼續(xù)分離。這樣，就可以得到單層石墨，即石墨烯。

這是科學(xué)發(fā)現(xiàn)石墨烯的第一條途徑，隨后科學(xué)家開始研究如何用其他方法合成石墨烯。迄今為止，已有十多種石墨烯的制備方法。自2004年以來(lái)，這兩位研究人員也激發(fā)了全球?qū)κ┖投S材料的熱情。



熱導(dǎo)率較好的金屬的熱導(dǎo)率約為300-400W/（m.k），單層石墨烯的熱導(dǎo)率是熱導(dǎo)率較好的金屬的10倍以上，超過(guò)5000W/（m.k）。

由于石墨烯是由單層碳原子組成，因此單層材料的不透明度很低，可見光吸收率僅為2.3%。換句話說(shuō)，石墨烯是一種近乎完全透明的存在。但是如果你有一袋石墨烯，它可能是不透明的。它就像一張能透光的紙，一堆不能透光的紙。

共軛π系統(tǒng)的電學(xué)性質(zhì)更令人驚異。它的電子傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)今任何材料。電子傳輸特性是導(dǎo)電性的代詞，換句話說(shuō)，它的電阻值比任何材料的電阻值都小。

然而，石墨烯更重要的意義在于它使人們探索其他二維材料。在此之前，人們一直在三維探索材料，而二維材料的出現(xiàn)打破了這個(gè)籠子，除了石墨烯，研究人員還生產(chǎn)了不同的二維材料，如黑磷、氮化硼、二硫化鉬等。

更令人欣慰的是，當(dāng)幾種不同的二維材料組合在一起時(shí)，會(huì)有更多有趣的事情要做，二維復(fù)合材料的出現(xiàn)使材料的性能更加多樣化。

石墨烯幾乎可以用于生活的任何一個(gè)角落，從儲(chǔ)能裝置到半導(dǎo)體技術(shù)，石墨烯都可以被改變。石墨烯還可以用來(lái)改變材料的強(qiáng)度，需要柔韌性的可穿戴裝置，更高效的太陽(yáng)能集熱器，甚至廚具。

例如，在其他材料中，特氟龍出現(xiàn)在上世紀(jì)中葉，大約30年后開始流行，萊卡織物于1937年成功開發(fā)，1959年開始生產(chǎn)。萊卡織物的生產(chǎn)歷時(shí)20多年，不排除1935年發(fā)明、兩年后銷售的尼龍，但大部分新材料的研發(fā)周期較長(zhǎng)，特別是二維材料石墨烯。單獨(dú)生產(chǎn)產(chǎn)品難度大，應(yīng)用速度快。

石墨烯是二維材料的代表。石墨烯的出現(xiàn)實(shí)際上意味著一個(gè)新時(shí)代的出現(xiàn)，在材料史上，沒(méi)有人真正分離單層石墨，也沒(méi)有人真正探索二維材料。

石墨烯的出現(xiàn)激發(fā)了研究者探索二維材料的熱情，這一啟發(fā)性的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了石墨烯材料本身的優(yōu)良性能，這就是為什么石墨烯發(fā)現(xiàn)后，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)沒(méi)有立即授予研究者。

**本文作者趙蓋子做了文章的第一個(gè)標(biāo)題，微信公眾信號(hào)艾倫重力-不僅僅是石墨烯，艾倫重力致力于發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)的新材料趨勢(shì)。關(guān)于復(fù)制，請(qǐng)聯(lián)系microsignal t2ipo001并保存此信息。沒(méi)有此信息的復(fù)制將以o侵權(quán)投訴。

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