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2010年诺贝尔物理学奖和石墨烯材料

(2010-10-06 07:20:50)
标签:

诺沃肖洛夫

俄罗斯

石墨

碳原子

诺贝尔物理学奖

分类: 札记

    2010年10月5日,瑞典皇家科学院宣布,将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈-海姆和康斯坦丁-诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

    海姆现年51岁,拥有荷兰国籍,诺沃肖洛夫则年仅36岁,拥有英国和俄罗斯双重国籍,两人都出生和长大在俄罗斯。诺沃肖洛夫则是1973年以来最年轻的诺奖获得者。



 石墨烯材料

    为目前世界上最薄的材料,仅有一个原子厚,是世界上人工得到的第一种二维晶体材料。由于这种材料是从石墨中制取的,而且包含烯类物质的基本特征——碳原子之间的双键,所以称为石墨烯。之后,人们又制备出一些其他二维材料,例如氮化硼和二硫化钼的二维晶体。

 

    石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定。

  这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

 

石墨烯的工业用途

2010年诺贝尔物理学奖和石墨烯材料

    科学家认为,利用石墨烯制造晶体管,有可能最终替代现有的硅材料,成为未来的超高速计算机的基础。晶体管的尺寸越小,其性能越好。硅材料在10纳米的尺度上已开始不稳定,而石墨烯可以将晶体管尺寸极限向下拓展到1个分子大小。海姆和诺沃肖洛夫已于2008年制造出1个原子厚、10个原子宽的晶体管。

  石墨烯还可用于制造透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料,用于制造汽车、飞机和卫星。由于具备完美结构,石墨烯还能用来制造超灵敏的感应器,即使是最轻微的污染也能察觉。

 

    但是,如何能制备出足够的尺寸、强度、纯度的石墨烯材料,达到产业应用的要求,则是科学家们需要长期工作的目标。

 

参考文献:

新浪:http://news.sina.com.cn/w/2010-10-05/231321222312.shtml

百度百科

 

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