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世界最薄材料问世 厚度仅相当一个原子 |
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| http://cn.newmaker.com
3/2/2007 11:41:00 AM
佳工机电网
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据《泰晤士报》3月1日报道，科学家已研制出世界上最薄的材料，厚度仅为头发的20万分之一。科学家预测这一材料将会在电脑和医学研究领域掀起一场声势浩大的科技革命。
科学家在一片厚度仅为一个原子的薄膜上造出一层碳原子，这完全同物理学定理相悖。让我们用较为形象的方法来描述这种材料到底有多薄：若将这些薄片一层层摞在一起，则需要二十万层才足以达到人类一根发丝的厚度，由此可见一斑。这种名为“二维碳原子片”(Graphene)的物质于两年前问世，不过当时只有在将它们同另一种材料粘在一起时，才可以将其制作出来。现如今，研究人员采用把薄膜悬挂于金制脚手架纳米刻度长条的方法，成功造出二维碳原子片。
这一伟大发明在理论学家看来也许是天方夜谈，不过，如今它拥有实验做坚实后盾，二维碳原子片事实上是一种被认为遇热便会瞬间遭到损坏的两维晶体。这种晶体薄膜由碳原子构成，碳原子可以形成六个六边形小组，形成一种密集的蜂巢点阵结构，它们之所以能存在，是因为碳原子之间的结构经波动后变得相当稳固。波动向这种结构提供了“第三维”，赋予其团结得力量。研究结果刊登在最新一期《自然》杂志上。
而事实证明，二维碳原子薄膜非常稳定，它可以在真空和室温下抱成团。而其它所有已知材料会氧化、分解，在相当于其自身厚度十倍的尺寸时变得不稳定。二维碳原子片由英国曼彻斯特大学和德国马克斯·普朗克研究所的科学家共同研制而成。曼彻斯特大学物理天文学教授安德烈·杰姆(Andre Geim)说：“这是一种全新的技术，即便是纳米技术也无法贴切地形容这些新材料。我们已生产出概念验证型设备，相信这项技术转而应用于其它领域也会简单方便。我们真正的挑战是如何降低这种薄膜的成本，使其可以更广泛应用于其它领域。”
曼彻斯特大学教授克斯特亚·诺沃塞洛夫(Kostya Novoselov)表示，二维碳原子片的主要用途是可大大提高电脑的运算速度和计算能力，用于新药物的研制方面。这种薄片还可以被用作只能用显微镜才可看见的滤网，用以将气体分离成它们的组成部分。在二维碳原子片中，单个原子的厚度仅有0.35纳米。借助这一特性，二维碳原子片在医学研究中可以帮助医疗人员用电子显微镜对分子进行分析。
目前，电子显微镜提供的图像清晰度深受摆放样本分子的材料厚度所限。二维碳原子片的厚度堪称独一无二，电子也许有一些不太相干的材料经过其上，能让分子结构的图像变得更加清晰，尤其对掌握着一代医学发展命门的蛋白质而言。二维碳原子片最终可以取代硅片，因为它们具备成为比硅片更有效电子晶体管的潜力。二维碳原子片可以用作电子晶体管，尤其是把守电流输送闸门的开关，它们已证明比硅片运行速度更快，耗费的能量也更少。
英国《自然材料学》(Nature Materials)已刊登了把二维碳原子片用作电子晶体管的实验。曼彻斯特大学的列昂尼德·波诺玛伦科(Leonid Ponomarenko)教授也对二维碳原子片的商业前景充满乐观。他说：“这项技术已成功让毫米大小的电子晶体管稳定地过渡至当前的微处理器，其单个元素的尺寸仅有10纳米。我们研究的下一步就是开发真正纳米尺寸的电路，这也是符合逻辑的一步。”
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