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最薄二维材料——石墨烯

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除了核电大单与“华龙一号”,习主席对英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院的参观之行让石墨烯这一新型材料也受到了广泛关注。说起曼彻斯特大学,那可是石墨烯研究领域当之无愧的顶尖机构,因为石墨烯最早就是被这里的两位科学家发现的。2004年,安德烈海姆和康斯坦诺沃肖洛夫用普通胶带从石墨中剥离出只有一个碳原子厚的一小片碳——石墨烯。2010年,这二人因对石墨烯的开创性实验研究获得了诺贝尔物理学奖。

2010年诺贝尔物理学奖获得者。图片来源:科学网

石墨烯(Graphene)是由碳原子以特定方式连接的单原子层构成的新型二维原子晶体,厚度仅为0.35nm,是世界上已知的最薄的二维材料。这种特殊结构使石墨烯具有很多优异的物理性能:石墨烯的强度是所有已测试材料中最高的,是钢的100多倍;载流子迁移率(电子和空穴在单位单场作用下的平均漂移速度)是所有已知材料中最高的,达15000cm2·V-1·s-1,超过商用硅片迁移率的10倍以上;热导率是金刚石的3倍;具有室温量子霍尔效应等特殊性质。


石墨烯的基本结构示意图,图片来源:参考文献

这些优异的性能指标,再加上成本低廉、易于加工等众多优点,使石墨烯成为科学家寄予厚望的新型纳米材料、最理想的电极和半导体材料。比如,我们可以在一片石墨烯上直接加工出各种半导体器件;利用石墨烯优异的导电性和导热性,制作更高性能的计算机、更耐用的电池;利用石墨烯几乎透明的特性,制作透明触摸屏等。可以说,人们正在期待并努力实现着石墨烯可能带来的电子科技和信息技术革命。

习主席参观曼彻斯特大学国家石墨烯研究院。图片来源:新华网/庞兴雷摄



参考文献:

黄毅,陈永胜. 石墨烯的功能化及其相关应用[J]. 中国科学  B辑:化学,2009,39(9):887-888.


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