石墨烯-2010諾貝爾物理學獎

1、 二維材料石墨烯 -2010年諾貝爾物理學獎 2010年諾貝爾物理學獎授予英國曼徹斯特大學兩位年諾貝爾物理學獎授予英國曼徹斯特大學兩位俄裔物理學家俄裔物理學家安德烈安德烈海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，諾沃肖洛夫，以表彰他們以表彰他們“有關(guān)二維材料石墨烯的開創(chuàng)性實驗有關(guān)二維材料石墨烯的開創(chuàng)性實驗”。石墨烯簡介 金剛石和石墨是人們熟悉的三維結(jié)構(gòu)碳材料。 1985 年，零維富勒烯的發(fā)現(xiàn)第一次從維度上豐富了碳材料。1991 年，碳納米管的出現(xiàn)再一次將碳材料的維度擴展到一維空間。當零維、一維和三維的碳材料被成功合成后，對二維晶體結(jié)構(gòu)實際存在的可能性，科學界一直存在著爭論。傳統(tǒng)理論認為，準二維晶

2、體結(jié)構(gòu)因為本身的熱力學不穩(wěn)定性，在通常條件下會迅速分解，自然界中不能穩(wěn)定存在。2004 年，蓋姆和諾沃肖羅夫首次從高定向熱解石墨上成功分離出單層石墨片石墨烯，完善了碳材料的維度結(jié)構(gòu)體系，打開了二維材料之門，使人們得以在二維尺度空間研究材料的特殊性能。他們在石墨烯的發(fā)現(xiàn)、開創(chuàng)性實驗對后續(xù)研究發(fā)揮著重大引領(lǐng)作用。 完美的石墨烯是二維的, 它只包括六角元胞(等角六邊形)如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他們構(gòu)成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞細胞會使石墨烯翹曲; 12個五角元胞的會形成富勒烯。碳納米管也被認為是卷成圓桶的石墨烯。 石墨烯是構(gòu)建其它維數(shù)碳質(zhì)材料（如零維富勒烯、一維納米碳管、三維石墨）的

3、基本單元。 從零維的富勒烯、一維的碳納米管到二維的石墨烯從零維的富勒烯、一維的碳納米管到二維的石墨烯,碳的碳的同素異形體不斷被豐富同素異形體不斷被豐富; 這三種材料的發(fā)現(xiàn)者也分別被授予這三種材料的發(fā)現(xiàn)者也分別被授予1996年年Nobel化學獎、化學獎、2008年年Kavli納米科學獎、納米科學獎、2010年的年的Nobel物理獎?？v觀這三種材料的發(fā)現(xiàn)過程所體現(xiàn)的三種不同物理獎?？v觀這三種材料的發(fā)現(xiàn)過程所體現(xiàn)的三種不同的曲折性的曲折性,恰恰折射出科學研究的魅力。恰恰折射出科學研究的魅力。用膠帶“撕出”的諾貝爾獎 他們用膠帶從石墨上粘下薄片，這樣的薄片仍然包含許多層石墨烯。但反復粘上十到二十次之后

4、，薄片就變得越來越薄，最終產(chǎn)生一些單層石墨烯。這個看上去非常簡單、一點兒也不高科技的方法，并不是他們的首創(chuàng)。在此之前就有人試過，但沒能辨識出單層石墨烯。海姆和諾沃肖洛夫把剝離下來的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效應使薄片在顯微鏡下呈現(xiàn)彩色條紋，就像油膜在水面上產(chǎn)生的效果。利用這種效應，他們觀察到了單層石墨烯。用膠帶“撕出”的諾貝爾獎 2004年,他們在Science上發(fā)表了關(guān)于石墨烯的第一篇文章,介紹了單層石墨烯的獲取方法及其場效應特性檢測結(jié)果。讓人意想不到的是,他們所采用的方法,即所謂的“微機械剝離法”的關(guān)鍵之處竟然是用最普通的膠帶在高定向熱解石墨上反復剝離以最終獲得單層石墨烯。 石墨烯的發(fā)

5、現(xiàn)過程也成為了頂級科研成果誕生的一個經(jīng)典范例:明確的目標,偶然的發(fā)現(xiàn),簡單的方法,重大的意義。神奇的石墨烯 石墨烯對物理學基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使一些此前只能紙上談兵的量子效應可以通過實驗來驗證，例如電子無視障礙、實現(xiàn)幽靈一般的穿越。 石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高出百倍。 石墨烯的導電性比銅更好，導熱性遠超一切其他材料。石墨烯的應用超級計算機芯片超級計算機芯片-目前世上電阻率目前世上電阻率最小的材料，電阻率僅為最小的材料，電阻率僅為10-6 cm在室溫下硅基處理器的運行速度達到在室溫下硅基處理器的運行速度達到4-5GHz 后就很難在繼續(xù)提高。后就很難在繼

6、續(xù)提高。 使用石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器使用石墨烯作為基質(zhì)生產(chǎn)出的處理器能夠達到能夠達到1THz（即（即1000GHz） 太空電梯纜線、替代硅生產(chǎn)超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池科學家認為，利用石墨烯制造晶體科學家認為，利用石墨烯制造晶體管，有可能最終替代現(xiàn)有的硅材料，管，有可能最終替代現(xiàn)有的硅材料，成為未來的超高速計算機的基礎(chǔ)。成為未來的超高速計算機的基礎(chǔ)。石墨烯的應用薄得像紙一樣的薄得像紙一樣的iPhone概念手機概念手機可折疊的顯示器可折疊的顯示器 太空電梯纜線、替代硅生產(chǎn)超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池石墨烯的應用光子傳感器光子傳感器太空電梯纜線太空電梯纜線 太空電梯纜線、替代硅生產(chǎn)超級計算機、光子傳感器、液晶顯示材料、新一代太陽能電池搞笑諾貝爾獎 懸浮在磁場中的青蛙 2000年，獲獎者Andre Geim，磁懸浮青蛙研究。他是第一位諾貝爾獎、搞笑諾貝爾獎雙料獲獎者。用