《无线电》
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石墨烯应用离我们有多远？——浅析世界上最薄的导电体
2015-04-30 09:34:392010年，诺贝尔物理学奖授予了英国两位物理学家A. Geim和K.Novoselov，以表彰他们首次发现了一种新型碳材料石墨烯。自此，石墨烯开始成为广大老百姓喜闻乐见的一个高科技新名词。各种报道把石墨烯描绘成了世界上最坚硬、导电性最好、导热性最强、透光性最佳……的神奇材料，也有报道说，依靠石墨烯，可以制造出性能极佳的电池，给手机电池充一次电只需数秒，却可以使用一个星期……通过这些新闻，石墨烯似乎是一个“神一样的存在”。那么石墨烯究竟是什么东西，它真的有传说中的那么奇妙吗？作为石墨烯研究领域的一个从业人员，逼着试着和大家一起了解一下这喧嚣的石墨烯热潮背后的门道。
石墨烯是什么？
石墨烯和石墨实际上是本家亲戚。我们都知道，石墨是极好的固体润滑剂，这得益于石墨的晶体结构。它完全由碳原子组成，具有层状结构（如图1 所示）。每一层内碳原子排列成六边形的网状，层与层之间通过微弱的原子力绑在一起，因而极容易发生相对的滑动，从而起到润滑剂的作用。一小块普通的石墨，里面有数十亿计或更多的这种碳原子层。如果能想办法从中间分离出一层来，这一层碳原子就是传说中的石墨烯。
如何获得石墨烯？
如何从这数十亿计的碳原子层中分离出一层来呢？这看似大海捞针的难题在2004年被英国的两位物理学家A. Geim 和K.Novoselov 用出人意料的方式解决了。它是如此简单，各位读者自己在家里都可以完成。
首先买来石墨，图2所示的是我购买的天然石墨，大家隐约可以看到它鳞片状的表面。那里有不计其数的石墨烯在等待我们把它们“揪”出来。
第二步是找到一个合适的基底来承载石墨烯。如图3 所示，这是一小块硅片。硅晶圆是半导体行业里应用最广泛的材料，因而它的价格也很便宜。用于承载石墨烯的硅片表面需要有一层大约300nm 厚的二氧化硅薄膜，借助它可以产生光干涉效应（就像水面的油膜会呈现五颜六色一样），使得石墨烯在显微镜下的对比度更高，从而更容易被人眼找到。
有了这两样东西，就可以制造石墨烯了。找来一卷透明胶带，粘上一块石墨，把胶带对折几次，就会使得石墨分成几片。由于石墨中碳原子层与层之间的作用力很微弱，每一次被胶带粘贴和撕开都会使得石墨一分为二。
未完。。。
全文详见《无线电》201502
