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《无线电》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

1955年创刊,是国内电子科普领域创刊最早、发行量最大的知名杂志,累计发行量超过3亿册,倡导科普、兴趣、实作、分享的办刊理念。

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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 09:34:39

2010年,诺贝尔物理学奖授予了英国两位物理学家A. GeimK.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。

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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 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


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