既輕薄 又堅(jiān)韌神奇的“新材料之王”

佘惠敏

有沒(méi)有這樣一款堅(jiān)韌的薄膜，它能以一支鉛筆尖的承受面，撐住一頭大象的重量，而不會(huì)被戳破？石墨烯可以做到。這種神奇的材料究竟是如何“煉成”的？

中國(guó)科學(xué)院院士、北京石墨烯研究院院長(zhǎng)劉忠范與北京石墨烯研究院副院長(zhǎng)、石墨烯器件技術(shù)研究部部長(zhǎng)魏迪，向公眾介紹了石墨烯——這款曾獲得2010年諾貝爾獎(jiǎng)的明星材料。

透明膠帶撕出來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)

石墨烯原本就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。1毫米厚的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過(guò)，留下的痕跡可能就是幾層石墨烯——它是由一層碳原子以六角形蜂巢結(jié)構(gòu)周期性緊密堆積構(gòu)成的二維碳材料。人們很早就發(fā)現(xiàn)了石墨，但直到2004年才發(fā)現(xiàn)石墨烯。這是因?yàn)椋缭?0多年前的理論研究表明，完美的二維結(jié)構(gòu)晶體無(wú)法在非絕對(duì)零度的環(huán)境中穩(wěn)定存在。

2004年，兩位英國(guó)科學(xué)家用一種非常簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方法突破了原有理論認(rèn)知。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊膠帶上，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷這樣操作，薄片越來(lái)越薄，最后得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片——這就是石墨烯。理論上雖不可能成功，實(shí)驗(yàn)中卻偏偏被制備出來(lái)了。這個(gè)發(fā)現(xiàn)立即震撼了科學(xué)界，兩位發(fā)現(xiàn)者共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

“大家經(jīng)常講，石墨烯這個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)是用透明膠帶撕出來(lái)的。實(shí)際上，我們不能小瞧這么一個(gè)簡(jiǎn)單但重要的發(fā)現(xiàn)。……