石墨烯開啟了二維材料世界的大門

石墨烯開啟了二維材料世界的大門
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：204


烯烴具有豐富的塑性，并且可以卷曲成圓柱狀以形成一維碳納米管。它們也可以制成球形或橢球形，以獲得零維富勒烯。

其中一位發(fā)現(xiàn)者，曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆，最近在2016年中國國際石墨烯創(chuàng)新大會上告訴公眾，在獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后，他仍然花費(fèi)了90%的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室做基礎(chǔ)研究。在他的演講中迸發(fā)出的積極思考令人耳目一新。

長期以來，人們對二維晶體結(jié)構(gòu)知之甚少。二維晶體以平面形式存在，好像被稀釋到原子層厚度一樣。根據(jù)傳統(tǒng)理論，準(zhǔn)二維晶體結(jié)構(gòu)在自然界中由于熱而不能找到。直到2004年，Andreheim和他的同事Constantinovorsholov首次成功地從高取向熱解石墨中分離出單層石墨烯。證明了二維材料在常溫常壓下可以穩(wěn)定存在。

可以說，石墨烯的發(fā)現(xiàn)打開了二維材料世界的大門。海姆指出，石墨烯不是唯一的二維材料。還有許多其他具有特殊性能的二維材料在某些應(yīng)用中可能表現(xiàn)得更好。除了石墨烯，還有許多類似于石墨烯的材料值得探索。

例如，磷烯是由從黑磷中剝離的有序磷原子組成的單片材料，它的一些特性可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，而且，黑磷的非線性光學(xué)特性已經(jīng)被許多機(jī)構(gòu)證明能夠生產(chǎn)。E是超快的，有望在不久的將來成為第二個(gè)石墨烯。

硅是一種僅具有一層原子厚度的材料，可以在銀表面生長。它具有與石墨烯相似的一些材料特性，但也具有更加優(yōu)異的特性，包括較低的對稱基團(tuán)和更強(qiáng)的自旋耦合。石墨烯。

對于石墨烯，研究人員可以在其原子層上進(jìn)行各種拼接，就像孩子們在玩樂高積木一樣。例如，石墨烯層層疊疊形成三維石墨；石墨烯卷曲成圓柱體成為一維碳納米管；石墨烯制成石墨烯可作為其它碳材料的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

海姆指出，石墨烯與其他材料的人工結(jié)合，以及在幾周內(nèi)通過混合原子設(shè)計(jì)出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，將使石墨烯更加神奇，在此基礎(chǔ)上，對這些材料的不同性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究?？梢苑Q為石墨烯3。

例如，以石墨烯為原料制備納米復(fù)合材料擴(kuò)大了石墨烯的應(yīng)用范圍，目前制備石墨烯的方法主要有三種：表面改性或元素?fù)诫s，在不同的溶劑中形成穩(wěn)定的分散體系；負(fù)載型或無機(jī)納米粒子如金屬氧化物，在催化、生物傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而石墨烯、聚合物等則具有優(yōu)異的性能。

當(dāng)然，在石墨烯復(fù)合材料的研究中還存在許多問題和挑戰(zhàn)，如石墨烯與無機(jī)納米粒子的相互作用機(jī)理、與聚合物的相容性、復(fù)合材料的發(fā)展和深入應(yīng)用等。

在制備石墨烯的過程中，人們往往把注意力集中在石墨烯上，而海姆的研究小組并沒有忽視對通常剝離單層石墨烯后丟棄的材料的研究。

海姆說：放大后的石墨塊晶體是二維真空區(qū)，有許多超細(xì)結(jié)構(gòu)形狀，大約15納米。當(dāng)我們測試水的傳輸時(shí)，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水通過超細(xì)毛細(xì)管時(shí)，它幾乎是屏障。無摩擦，速度達(dá)1m/s，壁面光滑，水滑行較遠(yuǎn)。

海姆的研究小組解釋說，這是一個(gè)全新的納米級系統(tǒng)，其毛細(xì)管的精確度是不可想象的。更重要的是，這些超細(xì)毛細(xì)管可以用來制備各種材料，不僅可以控制毛細(xì)管的大小，還可以調(diào)節(jié)性能。這些材料有望用于新的過濾、海水淡化和氣體分離技術(shù)。

海姆補(bǔ)充說，在基礎(chǔ)石墨烯研究中，許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)是令人驚訝的，使新材料有用是很酷的，而且有無數(shù)的可能需要探索的研究和開發(fā)。這樣的研究深深地影響著我們。

毫無疑問，石墨烯的發(fā)現(xiàn)為研究者提供了一個(gè)充滿魅力和想象力的研究對象，學(xué)習(xí)如何與石墨烯之父進(jìn)行基礎(chǔ)研究可以說是不斷刷新創(chuàng)新的視野。將在許多領(lǐng)域帶來顛覆性的變化。

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