铅笔写字留下的就有石墨烯(图)

　　石墨烯模拟图。

　　每个人都有使用铅笔的经历,但几乎没有人意识到,当我们用铅笔在纸上留下字迹的同时也不知不觉地制造出了目前在科学界最热门的材料:石墨烯。

　　20万片叠加只有头发粗

　　石墨烯与石墨有紧密的联系。石墨是层状材料,由一层又一层的二维平面碳原子网络有序堆叠而形成的。由于层间的作用力较弱,因此石墨层间很容易互相剥离,形成薄的石墨片,这也正是铅笔能在纸上留下痕迹的原因。这样的剥离存在一个最小的极限,那就是单层的剥离,即形成厚度只有一个碳原子的单层石墨,这就是石墨烯。

　　但长久以来,试图制备石墨烯的工作均以失败而告终。直到2004年,海姆和诺沃肖洛夫凭借极大的耐心与一点点运气终于制出了石墨烯。他们采取的手段与铅笔写字有异曲同工之妙,即通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小,最终通过显微镜在大量的薄片中寻找到了理论厚度只有0.34纳米的石墨烯。这种新材料太薄了,以至于把20万片薄膜叠加到一起,也只有一根头发丝那么粗。

　　这一发现在科学界引起了巨大的轰动,因为它打破了二维晶体无法真实存在的理论预言,并成为继富勒烯和碳纳米管后又一个里程碑式的新材料。

　　强度比钻石还硬

　　石墨烯还具有超高的强度,碳原子间的强大作用力使其成为目前已知的力学强度最高的材料。科学家发现了石墨烯薄片后,使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺测试其强度。让人震惊的是,石墨烯比钻石还强硬,强度比世界上最好的钢铁还高100倍!

　　美国机械工程师杰弗雷·基萨教授用一种形象的方法解释了石墨烯的强度:如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上,然后试图用一支铅笔戳穿它,那么需要一头大象站在铅笔上,才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。

　　建造太空电梯就要指望它

　　石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。

　　研究人员称,“太空电梯”的最大障碍之一,就是如何制造出一根从地面连向太空卫星、长达3.7万公里并且足够强韧的缆线,而石墨烯”完全适合用来制造太空电梯缆线。人类通过“太空电梯”进入太空,所花的成本将比通过火箭升入太空便宜很多。

　　导电性好可造超级计算机

　　石墨烯除了异常牢固外,还有很多特点。它的导电性比铜更好,导热性远超一切其他材料。它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光。另一方面,它非常致密,即使是氦原子——最小的气体原子也无法穿透。研究人员甚至将石墨烯看作是硅的替代品，能用来生产未来的超级计算机。