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《三体》与石墨烯已有3人参与
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最近一段时间，刘慈欣写的《三体》相当火，接连获得腾讯老总马化腾、360老总周鸿祎、万科董事长王石等多位大佬的赞誉。为什么《三体》这部科幻小说能引起这么多大佬的关注呢？除了小说本身的情节之外，肯定其中描述的科技也打动了各位大佬。在《三体》小说中，三体人向地球发送2颗智子来锁死人类文明的进步。那么智子是什么呢？ 在文中写到，智子是三体人在一个质子上刻蚀各种电路，形成一种微型的计算机，然后进行高维转变。那么是怎么在一个质子上刻蚀电路呢，根据描述，是将质子展开成为一层薄薄的二维“纸”？哪有多薄呢。这个。。。等等，一层薄薄的二维“纸”，这不就是石墨烯嘛。石墨烯，我们知道，是由一层碳原子组成的二维薄层，厚度为一个碳原子，0.334nm。那么我们能否采用石墨烯制备一个“烯智子”？如果能我们该怎么制备呢？ 在三体中，智子通过高能加速器制备，将一个质子展开到能包裹半个三体星的二维面，绝对的高科技，制备要求严格，能量要求大。对应到石墨烯，制备难度大大下降。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·诺沃消洛夫仅仅通过胶带，就制备出了单层石墨烯，并于2010年获得诺贝尔物理学奖。此后，科学家尝试各种方法制备石墨烯，除了机械法，还有CVD法，外延生长法，氧化还原法，碳纳米管切割法，爆炸法，石墨插层法等。最有希望大规模制备石墨烯的方法是CVD法和氧化还原法。然而，凭现在石墨烯的制备技术仍然难制备出那样大面积的石墨烯。 那种方法最有希望制备出那样的大面积石墨烯呢？当然现有方法都还没这个可能性，在andy看来，CVD法是最有希望的方法，也是现在工业上生产石墨烯最常用的方法之一。为什么说CVD法是最有希望的方法呢？且听andy分析： 化学气相沉淀CVD法具体过程是：将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni等金属表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面便会形成数层或单层石墨烯，此过程中包含碳原子在基底上溶解及扩散生长两部分。理论上讲，只要炉子够大，我们就能生产足够面积大的石墨烯。 于是，生死时刻，现在我们为了生产烯智子，生产了太平洋那么大的一个炉子，什么还不够大，那就只能以地球为洪炉了（说起来，三体人们也是举全民之力打造智子）。那么有地球那么大一炉子，怎么烧怎么造怎么运行，别问我，我也不知道，反正能运行，能制备石墨烯。然后我们在这个炉子里通入甲烷，制备单层石墨烯。 现在，石墨烯制备出来了，我们怎么取下来用呢？事实上，怎么转移石墨烯也是工业生产中的一大难题。常用方法也是采用卷对卷方式，先用透明导电薄膜和制备的石墨烯及金属基底挤压，然后，蚀刻掉金属，然后再洗涤干燥处理。然而这种方法会造成石墨烯缺陷，且步骤复杂，污染大，具体过程仍然有待优化。通过这种方法，我们得到了我们需要的石墨烯，那么下一步就是该制备石墨烯芯片。 现在最常用的芯片是硅芯片，随着科技发展，人们对存储容量和运行速度提出了更高要求。硅因为物理限制，摩尔定律限制了硅芯片的进一步升级换代。石墨烯芯片因为电子在其中传输速率为光速的1/300，处理器频率有望达到1THZ。美国宾夕法尼亚州立大学日前宣布，他们已经成功制成了100mm（4英寸）的纯石墨烯晶圆。IBM将投30亿美元研发石墨烯碳芯片技术。 关于硅芯片和石墨烯芯片制备步骤不同，硅芯片要求通过增加导电线来构建线路，石墨烯芯片通过阻断电子路线来构建线路。根据现有资料，现有技术还不能制备出完美的石墨烯芯片。或许当有一天，人们能随意通过替换石墨烯中碳原子来构建芯片线路的时候，那么离制备出完美的石墨烯芯片就不远了。到了这个时候，我们地球舰队工程师经过九九八十一天也在石墨烯膜上刻蚀好线路，下面就是见证奇迹的时刻了。重新组装石墨烯。 工业上石墨烯组装加工技术，主要是因为制备的石墨烯基材料通常都是微米级别尺寸，这就需要我们将其加工组装成宏观体才有更大的应用空间。通常组装成0维类富勒烯，1维石墨烯纤维，2维大石墨烯膜，3维石墨烯块等。所用方法很多。如2维石墨烯自组装可以通过抽滤法、Langmiur-Blodgett (LB)自组装法，气液界面自组装法，层层（Layer by Layer）自组装法，旋转涂膜法（spin-coating），涂层棒法（rod-coating）等方法制备出石墨烯膜或纸来进行加工应用。 对于我们这个无限大的石墨烯组装，因为本身是二维膜，我们可以将其组装成0维石墨烯球，1维石墨烯线，3维石墨烯块，或者将其剪开制备更高维度的石墨烯。对于智子制造来说有维度限制，那么我们的石墨烯智子呢？是否存在这个维度组装限制呢？将石墨烯团成实心石墨球，石墨烯片与片之间的相互作用力会相互吸引团聚，让石墨烯失去其特有性能；那么只有将石墨烯团成类富勒烯空心球，但其体积仍然十分庞大，不便利用；将其重新组装成1维石墨烯线，恩，给石墨烯边施加一个不对称力，卷成石墨烯线，长度太长；看来只能向更高维度了，3维，折折折，终于小了，可行。最后，终于制备出了石墨烯智子。可以用了。 PS:这是andy的幻想，新技术，新材料，每人都对其充满了无限的憧憬和幻想。有时候，科技来源于艺术，艺术来源于灵感。石墨烯作为一种新材料，科学家也对其充满了憧憬，寄托了希望。并通过实际行动制备了很多有意思、有前景的产品。石墨烯电池、石墨烯芯片、石墨烯光动能源…。或许不久的将来，我们会看到更多更有意思的石墨烯产品、创意。 详见原文：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... e6a25a0c10035a0d#rd |
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 石墨烯制备及应用 |
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