石墨烯開(kāi)啟了二維材料世界的大門(mén)

石墨烯開(kāi)啟了二維材料世界的大門(mén)
來(lái)源：東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：204


烯烴具有豐富的塑性，并且可以卷曲成圓柱狀以形成一維碳納米管。它們也可以制成球形或橢球形，以獲得零維富勒烯。

其中一位發(fā)現(xiàn)者，曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆，最近在2016年中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上告訴公眾，在獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后，他仍然花費(fèi)了90%的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室做基礎(chǔ)研究。在他的演講中迸發(fā)出的積極思考令人耳目一新。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)二維晶體結(jié)構(gòu)知之甚少。二維晶體以平面形式存在，好像被稀釋到原子層厚度一樣。根據(jù)傳統(tǒng)理論，準(zhǔn)二維晶體結(jié)構(gòu)在自然界中由于熱而不能找到。直到2004年，Andreheim和他的同事Constantinovorsholov首次成功地從高取向熱解石墨中分離出單層石墨烯。證明了二維材料在常溫常壓下可以穩(wěn)定存在。

可以說(shuō)，石墨烯的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了二維材料世界的大門(mén)。海姆指出，石墨烯不是唯一的二維材料。還有許多其他具有特殊性能的二維材料在某些應(yīng)用中可能表現(xiàn)得更好。除了石墨烯，還有許多類似于石墨烯的材料值得探索。

例如，磷烯是由從黑磷中剝離的有序磷原子組成的單片材料，它的一些特性可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，而且，黑磷的非線性光學(xué)特性已經(jīng)被許多機(jī)構(gòu)證明能夠生產(chǎn)。E是超快的，有望在不久的將來(lái)成為第二個(gè)石墨烯。

硅是一種僅具有一層原子厚度的材料，可以在銀表面生長(zhǎng)。它具有與石墨烯相似的一些材料特性，但也具有更加優(yōu)異的特性，包括較低的對(duì)稱基團(tuán)和更強(qiáng)的自旋耦合。石墨烯。

對(duì)于石墨烯，研究人員可以在其原子層上進(jìn)行各種拼接，就像孩子們?cè)谕鏄?lè)高積木一樣。例如，石墨烯層層疊疊形成三維石墨；石墨烯卷曲成圓柱體成為一維碳納米管；石墨烯制成石墨烯可作為其它碳材料的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

海姆指出，石墨烯與其他材料的人工結(jié)合，以及在幾周內(nèi)通過(guò)混合原子設(shè)計(jì)出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，將使石墨烯更加神奇，在此基礎(chǔ)上，對(duì)這些材料的不同性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。可以稱為石墨烯3。

例如，以石墨烯為原料制備納米復(fù)合材料擴(kuò)大了石墨烯的應(yīng)用范圍，目前制備石墨烯的方法主要有三種：表面改性或元素?fù)诫s，在不同的溶劑中形成穩(wěn)定的分散體系；負(fù)載型或無(wú)機(jī)納米粒子如金屬氧化物，在催化、生物傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而石墨烯、聚合物等則具有優(yōu)異的性能。

當(dāng)然，在石墨烯復(fù)合材料的研究中還存在許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，如石墨烯與無(wú)機(jī)納米粒子的相互作用機(jī)理、與聚合物的相容性、復(fù)合材料的發(fā)展和深入應(yīng)用等。

在制備石墨烯的過(guò)程中，人們往往把注意力集中在石墨烯上，而海姆的研究小組并沒(méi)有忽視對(duì)通常剝離單層石墨烯后丟棄的材料的研究。

海姆說(shuō)：放大后的石墨塊晶體是二維真空區(qū)，有許多超細(xì)結(jié)構(gòu)形狀，大約15納米。當(dāng)我們測(cè)試水的傳輸時(shí)，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水通過(guò)超細(xì)毛細(xì)管時(shí)，它幾乎是屏障。無(wú)摩擦，速度達(dá)1m/s，壁面光滑，水滑行較遠(yuǎn)。

海姆的研究小組解釋說(shuō)，這是一個(gè)全新的納米級(jí)系統(tǒng)，其毛細(xì)管的精確度是不可想象的。更重要的是，這些超細(xì)毛細(xì)管可以用來(lái)制備各種材料，不僅可以控制毛細(xì)管的大小，還可以調(diào)節(jié)性能。這些材料有望用于新的過(guò)濾、海水淡化和氣體分離技術(shù)。

海姆補(bǔ)充說(shuō)，在基礎(chǔ)石墨烯研究中，許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)是令人驚訝的，使新材料有用是很酷的，而且有無(wú)數(shù)的可能需要探索的研究和開(kāi)發(fā)。這樣的研究深深地影響著我們。

毫無(wú)疑問(wèn)，石墨烯的發(fā)現(xiàn)為研究者提供了一個(gè)充滿魅力和想象力的研究對(duì)象，學(xué)習(xí)如何與石墨烯之父進(jìn)行基礎(chǔ)研究可以說(shuō)是不斷刷新創(chuàng)新的視野。將在許多領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的變化。

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