第090章 石墨烯

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    陈非凡兴奋的原因是因为他想到了前世有关于手机电池的一个前沿研究方向，就是在石墨烯电池。

    石墨烯电池，利用锂电池在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。

    重点的不是这个电池，而是石墨烯，这是一种神奇结构的材料，而它的发现说起来你可能会觉得好笑，用胶布粘石墨片粘出来的。

    对，你没看错，就是用一种特殊点的胶布一层层的粘出来的。一项获得诺贝尔物理奖的发明是用胶布粘出来的，不得不说神器！这也就是为什么陈非凡对这项发明记忆尤其深刻的原因。

    前世，陈非凡在了解到石墨烯的发明过程是，都笑了！每一个理工男都会笑的，因为这实在是让人不知道该说什么好。

    石墨烯（graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。它一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。

    直到2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈-杰姆和克斯特亚-诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。

    这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，安德烈-杰姆和克斯特亚-诺沃消洛夫凭此创举在2010年获得诺贝尔物理学奖。

    石墨烯是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2。3%的光；导热系数高达5300w/(m*k)，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/(v*s)，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10的负六次方欧每厘米，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

    石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。一些理论学家指出分数量子霍尔效应中的某些平台可以构成非阿贝尔态（non-abelian-states），这可以成为搭建拓扑量子计算机的基础。石墨烯中的量子霍尔效应与一般的量子霍尔行为大不相同，为量子反常霍尔效应(unusual-quantum-hall-effect)。这为石墨烯被用于发展新一代低能耗晶体管和电子学器件，甚至量级计算机奠定了理论的可能。

    前世，从石墨烯诞生一直到2008年，由机械剥离法制备得到的制备得到的石墨烯乃世界最贵的材料之一，人发截面尺寸的微小样品需要花费1000美元。渐渐地，随着制备程序的规模化，成本降低很多。现在，相当公司都能够以公吨为计量单位来买卖石墨烯。换另一方面，生长于碳化硅表面上的石墨烯晶膜的价钱主要决定于基板成本，在2009年大约为$100/cm2。使用化学气相沉积法，将碳原子沉积于镍金属基板，形成石墨烯，浸蚀去镍金属后，转换沉积至其它种基板。这样，可以更便宜地制备出尺寸达30英寸宽的石墨烯薄膜。

    制备石墨烯的方法发展到2014年林林总总，不一而足。

    最普通的是微机械分离法--撕胶带法/轻微摩擦法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年，海姆也就是石墨烯发明人等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。

    金属表面生长法：取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的相互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。另外科员人员彼得-瑟特等使用的基质是稀有金属钌。

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