石墨烯发现者获2010年诺贝尔物理学奖

        2010年诺贝尔物理学奖[1]授予了英国曼彻斯特大学的Andre Geim[2]Konstantin Novoselov[3],表彰他们2004年利用透明胶带制备出二维石墨烯(graphene)材料。美国物理学会(American AIP)在其网站上发布了两位诺奖获得者的石墨烯领域论文和20篇石墨烯领域的AIP期刊高被引论文[4]

 

        石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,薄到只有一层原子。实际上石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。[5]

        石墨烯在原子尺度上结构非常特殊,在室温下传递电子的速度比已知导体都快。它比钻石还硬,硬度达到结构钢的200倍,传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定。石墨烯中的电子在轨道中移动时,不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强,在常温下,即使周围碳原子发生挤撞,石墨烯中电子受到的干扰也非常小。[6]

        石墨烯的结构:碳原子按蜂窝状排列在一个平面内。

        自2004年石墨烯这一材料被发现以来,相关研究从未间断。在电子领域,IBM公司发明了具有最高截止频率为100GHz的射频石墨烯晶体管[7]。石墨烯和碳纳米管的杂化物G-CNT[8]可替代ITO,并可用于太阳能电池的透明电极和LED。美国一联合研究小组设计出了简便、快速的纳米电线制造方法,能够调谐石墨烯的电学特征[9],只需加热就能使氧化石墨烯从绝缘物质变成导电物质。

        石墨烯的潜在应用范围很广,包括触摸屏、太阳能电池、能量储存装置、手机和高速电脑芯片、柔性电子产品、智能服装、可折叠显示器、甚至未来的太空电梯[10]。目前在德温特专利数据库(DII[11]中检索的石墨烯相关专利共709项,从时间分布来看目前处于专利申请的上升期。

 

参考文献:

[1]The Nobel Prize in Physics 2010(http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/

[2]Prof. Andre Geim(http://www.condmat.physics.manchester.ac.uk/people/academic/geim/

[3]Dr. Kostya Novoselov(http://www.condmat.physics.manchester.ac.uk/people/academic/novoselov/

[4]2010 Physics Nobel Prize Resources(http://journals.aip.org/Nobel2010.html

[5]2010年诺贝尔物理学奖成果石墨烯解读(http://www.news365.com.cn/xwzx/xwtp/201010/t20101006_2844244.htm

[6]Graphene from Wikipedia(http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene

[7]Science 5 February 2010: Vol. 327. no. 5966, p. 662, DOI: 10.1126/science.1184289

[8]Nano Lett., 2009, 9 (5), pp 1949–1955, DOI: 10.1021/nl9001525

[9]Science 11 June 2010: Vol. 328. no. 5984, pp. 1373 - 1376, DOI: 10.1126/science.1188119

[10]Science 19 June 2009: Vol. 324. no. 5934, pp. 1530 - 1534, DOI:10.1126/science.1158877

[11]德温特专利情报数据库(http://www.lib.tongji.edu.cn/e-resources/DBIntro.aspx?QsDBID=504

 

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整理供稿:殷嘉辉魏雯婕

2010-10-22

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