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我國科學家首次實現原子級石墨烯可控折疊
2019-09-09 07:37:23 來源: 北京青年報
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        很多人小時候都玩過折紙,但很少有人能想到,如今納米材料石墨烯也有“折紙術”了。近期,中國科學院物理研究所高鴻鈞院士研究團隊的陳輝博士等人首次實現了對石墨烯納米結構的原子級可控折疊,相當于用石墨烯折紙,相關論文6日發表在世界頂級科研雜志《科學》上。

        相關論文共同聯係作者杜世萱昨日接受北京青年報記者採訪時介紹,此次研究所用來折疊的石墨烯“紙”厚度不到0.2納米,科研人員是在特殊的顯微鏡下完成的折疊。

        “此次折疊出來的一種石墨烯納米片結構具有電子元器件的一些特性,今後隨著研究的進一步深入,我們有可能利用石墨烯的‘折紙術’創造出效率更高的手機、電腦等電子設備。”杜世萱介紹道。

        中國科學家“折疊”石墨烯

        構築新型準三維納米結構

        “折紙術”是一種把紙張折出各種特定形狀和花樣的藝術。藝術家們通過精妙的手法,把簡單與單調的二維紙張變成豐富多彩的三維結構。實際上,這類將物質折疊操縱的手法也經常被用在一些科學研究的前沿領域。通過對新材料的折疊,可以創造出形狀與功能各異的結構、器件乃至機器。

        中國科學院物理研究所6日發布消息稱,該研究所高鴻鈞研究團隊的陳輝博士等人首次實現了對石墨烯納米結構的原子級精準的可控“折疊”,構築出一種新型的準三維石墨烯納米結構。

        中國科學院物理研究所表示,此次發現利用的是原子級精準的“折紙術”,也是目前世界上最小尺寸的石墨烯“折疊”。目前,該研究的論文已發表在世界頂級科研期刊《科學》上。

        石墨烯作為一種納米級的新型二維材料,在電學方面有望成為新一代電子元器件的基材,因此多年來一直是物理學研究的熱門話題。2010年,兩名科學家因在石墨烯材料方面的卓越研究獲得了諾貝爾物理學獎。

        中國科學院物理研究所介紹,想要“折疊”石墨烯並不簡單,因為把石墨烯彎曲起來後,其結構的電子學性質容易受到多方面因素的影響,特別是根據特殊需要沿特定方向對石墨烯進行“折疊”,具有極大的挑戰性。

        在特殊顯微鏡下才能操作

        用針引導石墨烯移動

        此次發表的論文的共同聯係作者杜世萱在接受北青報記者採訪時表示,相比約0.1毫米厚的普通A4紙,陳輝等人用來“折疊”的石墨烯厚度不到0.2納米,相當于A4紙五十萬分之一的厚度。為了“折疊”這樣薄的“紙”,科研人員需要操作一種特殊的顯微鏡——掃描隧道顯微鏡,“光是練習在這種顯微鏡下進行操作,可能就要花幾個月的時間。”

        為了能夠“折疊”石墨烯,科研人員花了一年多的時間做準備,比如尋找適合“折疊”石墨烯的環境。杜世萱説:“比如一張紙,放在沾滿膠水的桌子上,就很難給它‘折疊’起來。石墨烯的‘折疊’也是一樣,環境中的電、磁等都可能是黏住石墨烯的‘膠水’。所以找到一個不會影響‘折疊’的環境是非常重要的。”

        相比“臺下十年功”,操作“折疊”石墨烯花費的時間就短多了,“這個操作是以分鐘為單位計算的。”杜世萱解釋説:“一般折紙,我們會用兩根手指夾住紙的一端,把紙給折疊起來。但有的時候,由于手上有靜電或者比較濕,我們一根手指就能把紙的一端提起來。‘折疊’石墨烯就有些像後一種情況,用一個帶微弱電流的針,去吸引本身也有電的石墨烯,用針去引導石墨烯移動到指定的位置。”

        石墨烯“折疊”後還能“展開”

        對未來的應用有重要意義

        陳輝等人發表的論文顯示,此次研究不僅實現了簡單的“折疊”,還可以在“折疊”後將石墨烯成功“展開”,並能讓同一個石墨烯結構沿任意方向反復“折疊”,還創造出了堆疊角度精確可調的特定雙層石墨烯納米結構。

        據悉,基于此次發現的石墨烯“折紙術”,可以折出其他新型的原子晶體材料,進而制造出功能納米結構及其量子器件。中國科學院院士高鴻鈞在接受央視採訪時介紹,通過“折疊”所獲取的新材料可能獲得“折疊”前所沒有的超導性或磁性,這樣一些特性的變化,對未來的應用會有重要意義。

        最後,杜世萱告訴北青報記者,此次發現的石墨烯納米片結構具有電子元器件的一些特性,隨著今後研究的不斷深入,有可能利用石墨烯的“折紙術”,來創造出效率更高的手機、電腦等電子設備。

        文/本報記者 屈暢 實習記者 許張超

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【糾錯】 責任編輯: 郭童
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