創新研究讓石墨烯更有“魔力”

石墨烯發現者之一、英國曼徹斯特大學教授安德烈·海姆不久前向公眾講述自己獲得2010年諾貝爾物理學獎之后，仍投入90%的時間在實驗室做基礎研究的情況。他演講所迸發的創新思維，令人耳目一新、腦洞大開。

長期以來，人們對二維結構的晶體了解不多。二維晶體以平面形式存在，猶如將三維晶體減薄至一個原子層厚。傳統理論認為，準二維晶體結構因其熱力學的不穩定性在自然界中根本不可能找到。直到2004年，安德烈·海姆與其同事康斯坦丁·諾沃肖洛夫首次從高定向熱解石墨上成功分離出單層石墨片——石墨烯，用事實證明二維材料可在常溫常壓下穩定存在。

可以說，石墨烯的發現開啟了二維材料的世界之門。海姆指出：“石墨烯并非獨一無二的二維材料，還有很多二維材料具有特殊性能，可能在某一些應用中表現更好。

而對石墨烯而言，研究人員可在其原子層上做各種拼接，仿佛兒童在玩樂高積木。由此，石墨烯可作為組成其他碳材料的結構基礎。

海姆指出：“把石墨烯與其他材料進行人為整合，花費幾周時間將原子搭配設計出一個復雜的結構，會讓石墨烯更加有‘魔力’，并在此基礎上對這些物質的不同特性展開深入研究。這類研究成果可稱為石墨烯3.0?！?/p>

當然，目前石墨烯復合材料的研究還面臨許多問題和挑戰，如石墨烯與無機納米顆粒的相互作用機理、與高聚物的相容性、復合材料應用的拓展與深入等，仍亟待進一步深入研究。

在制備石墨烯時，人們往往把注意力集中在石墨烯上，而海姆團隊卻不放過研究剝離單層石墨烯后通常被丟棄的材料。

海姆說：“放大剩下的石墨塊晶體是一個二維真空區，里面有許多像超細毛細管的結構形狀，約有15納米。當我們對其做水的運輸測試時驚奇地發現，水流通過這種超窄毛細管時，幾乎無障礙和沒有摩擦，達到1米/秒的流速，而且管壁非常平滑，水的滑移距離比較長?！?/p>

海姆團隊解釋說，這是一種全新的納米尺度系統，其毛細管道的精密度無法想像。更重要的是，這些超微毛細管可制備多種材料，不僅可以控制毛細管尺寸，還可調變毛細管壁的性能。這些材料未來有望用于新型過濾、海水淡化和氣體分離技術等領域。

海姆補充道：“在石墨烯基礎研究中很多的科學發現讓人吃驚，而讓新發現的材料變得有用是非?？岬?，其中將有無數個研究和開發的可能性有待探索。這樣的研究深深地影響到我們?！?/p>

無疑，石墨烯的發現為研究者提供了一個充滿魅力和想象空間的研究對象，而跟著“石墨烯之父”學習如何做基礎研究，可謂不斷刷新著創新視野。相信不久的將來，“多面手”的石墨烯定會在很多領域帶來顛覆性的變革。