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木虫 (著名写手)

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[交流] 改变人类生活的新材料单原子超薄材料的广泛应用前景

工程师们一直在追求研制速度更快、功能更加强大的计算机芯片，这需要生产更小的晶体管，以缩短晶体管转换时电子移动的距离。现在，一项新发现为实现这个设想指出了一条新路。英国《自然》杂志日前发表文章称，科学家们已经制造出迄今最薄的一种材料，它只有一个原子那么厚，肉眼根本看不见。这个被称为“graphene”的石墨晶体薄膜的厚度只有0.35纳米，把20万个片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。

　　graphene属于富勒烯分子家族，是一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子。英国曼彻斯特大学安德烈·杰姆教授等人利用一种被形象地描述为“削铅笔”的过程，将石墨爆裂成单独的原子面，从而产生了这种石墨薄膜。这些原子碎片异常稳定，具有很高的弹性而且十分坚固，传导性也极好。

　　这种将原子爆裂成原子面的技术叫做“微机械力分裂法”。由于爆裂需要采用双晶体物质，所以这种超薄材料的加工对象可以是金属、半导体、绝缘体和磁体等。以前，科学家原则上认为这么薄的材料不可能存在，但杰姆教授的研究小组证明了这种材料不但存在，而且可以制造出来。

　　在graphene众多特性中的一个，是它的电子可以像粒子那样以光速移动。依据这一特性，科学家可以更加容易地验证爱因斯坦相对论，而且试验设备的花费也非常低廉。另一个特性是它具有广泛的应用前景———它里面的电子可以不通过散射而进行亚微细距离移动。这种特性对于制造需要快速转换的晶体管非常重要。

　　碳纳米管的长度在10年前还不足1微米，现在科学家们已经可以制造出几厘米长的纳米管。杰姆说：“尽管这项研究现在还处于初级阶段，但看起来情况喜人，而且进展也出人意料。graphene的发现不过两年，可事实证明它的确是一种值得关注的材料，同时它还为物理学的研究带来了很多新方向。”

　　据介绍，这种新膜片可以大幅提高计算机的速度，也许在不久的未来，一台电脑可能只由一个graphene片这样超薄的材料制成。此外，它还能加快新药研发的速度；帮助研究者用电子显微镜分析分子时获得更加清晰的分子结构图像，用作精细的筛子，分离气体的不同组成成分。

　　graphene表现出来的特性只有某些纳米管才能与之相媲美。杰姆教授说：“因为碳纳米管基本上是由积聚的窄带graphene制造而成，在目前应用的数以千计的纳米管中所体现出来的任一特性，graphene也都具备。尽管现在谈论其具体应用还为时尚早，但所有迹象都表明，graphene将会被广泛应用，它将影响到每个人的生活。”

　　这项研究的重大意义并不仅仅是发现了一两种新材料，而是一系列数以千计的新材料。它们具有多种特性，我们可以根据某个特定应用而选择最适合的材料。杰姆说，这些可以进行生产的二维材料具有无限应用可能，它们既轻又坚固，且弹性好，而且还大量存在。它将像聚合物一样被应用于日常生活的各方面，乃至彻底改变我们的生活。

　　曼彻斯特大学知识产权公司的大卫·格洛夫说：“很显然，这是一次具有突破意义的发现，graphene具有巨大的潜力和发展前景。它很快就会进入到需要低能源消耗和高电子迁移率的领域去竞争，瞄准机会，大放异彩。”

[ Last edited by luo.henry on 2008-4-25 at 15:24 ]

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