石墨烯-2010诺贝尔物理学奖

1、 二维材料石墨烯 -2010年诺贝尔物理学奖 2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学两位年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学两位俄裔物理学家俄裔物理学家安德烈安德烈海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，诺沃肖洛夫，以表彰他们以表彰他们“有关二维材料石墨烯的开创性实验有关二维材料石墨烯的开创性实验”。石墨烯简介 金刚石和石墨是人们熟悉的三维结构碳材料。 1985 年，零维富勒烯的发现第一次从维度上丰富了碳材料。1991 年，碳纳米管的出现再一次将碳材料的维度扩展到一维空间。当零维、一维和三维的碳材料被成功合成后，对二维晶体结构实际存在的可能性，科学界一直存在着争论。传统理论认为，准二维晶

2、体结构因为本身的热力学不稳定性，在通常条件下会迅速分解，自然界中不能稳定存在。2004 年，盖姆和诺沃肖罗夫首次从高定向热解石墨上成功分离出单层石墨片石墨烯，完善了碳材料的维度结构体系，打开了二维材料之门，使人们得以在二维尺度空间研究材料的特殊性能。他们在石墨烯的发现、开创性实验对后续研究发挥着重大引领作用。 完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯。 石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的

3、基本单元。 从零维的富勒烯、一维的碳纳米管到二维的石墨烯从零维的富勒烯、一维的碳纳米管到二维的石墨烯,碳的碳的同素异形体不断被丰富同素异形体不断被丰富; 这三种材料的发现者也分别被授予这三种材料的发现者也分别被授予1996年年Nobel化学奖、化学奖、2008年年Kavli纳米科学奖、纳米科学奖、2010年的年的Nobel物理奖。纵观这三种材料的发现过程所体现的三种不同物理奖。纵观这三种材料的发现过程所体现的三种不同的曲折性的曲折性,恰恰折射出科学研究的魅力。恰恰折射出科学研究的魅力。用胶带“撕出”的诺贝尔奖 他们用胶带从石墨上粘下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复粘上十到二十次之后

4、，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层石墨烯。这个看上去非常简单、一点儿也不高科技的方法，并不是他们的首创。在此之前就有人试过，但没能辨识出单层石墨烯。海姆和诺沃肖洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效应使薄片在显微镜下呈现彩色条纹，就像油膜在水面上产生的效果。利用这种效应，他们观察到了单层石墨烯。用胶带“撕出”的诺贝尔奖 2004年,他们在Science上发表了关于石墨烯的第一篇文章,介绍了单层石墨烯的获取方法及其场效应特性检测结果。让人意想不到的是,他们所采用的方法,即所谓的“微机械剥离法”的关键之处竟然是用最普通的胶带在高定向热解石墨上反复剥离以最终获得单层石墨烯。 石墨烯的发

5、现过程也成为了顶级科研成果诞生的一个经典范例:明确的目标,偶然的发现,简单的方法,重大的意义。神奇的石墨烯 石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。 石墨烯的导电性比铜更好，导热性远超一切其他材料。石墨烯的应用超级计算机芯片超级计算机芯片-目前世上电阻率目前世上电阻率最小的材料，电阻率仅为最小的材料，电阻率仅为10-6 cm在室温下硅基处理器的运行速度达到在室温下硅基处理器的运行速度达到4-5GHz 后就很难在继续提高。后就很难在继

6、续提高。 使用石墨烯作为基质生产出的处理器使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到能够达到1THz（即（即1000GHz） 太空电梯缆线、替代硅生产超级计算机、光子传感器、液晶显示材料、新一代太阳能电池科学家认为，利用石墨烯制造晶体科学家认为，利用石墨烯制造晶体管，有可能最终替代现有的硅材料，管，有可能最终替代现有的硅材料，成为未来的超高速计算机的基础。成为未来的超高速计算机的基础。石墨烯的应用薄得像纸一样的薄得像纸一样的iPhone概念手机概念手机可折叠的显示器可折叠的显示器 太空电梯缆线、替代硅生产超级计算机、光子传感器、液晶显示材料、新一代太阳能电池石墨烯的应用光子传感器光子传感器太空电梯缆线太空电梯缆线 太空电梯缆线、替代硅生产超级计算机、光子传感器、液晶显示材料、新一代太阳能电池搞笑诺贝尔奖 悬浮在磁场中的青蛙 2000年，获奖者Andre Geim，磁悬浮青蛙研究。他是第一位诺贝尔奖、搞笑诺贝尔奖双料获奖者。用