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新世纪材料宠儿:超强激光转换能力的石墨烯

2013-06-25 00:05
雷本祖
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  2004年,两位俄裔英籍科学家将石墨烯成功从石墨中分离。石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身,如果说20世纪是硅的世纪,神奇的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。

  石墨烯用途非常广泛,是一种被科学家寄于厚望的新型材料。在制造业,它不仅被运用在半导体芯片、太阳能电池、高强度外壳材料等领域,而且在光学方面上,石墨烯也有相当大的用途。

  近日据国外媒报道,来自国外的部分研究机构发现,石墨烯这种材料拥有难以置信的光吸收能力,并且还能把吸收的光波迅速转化为波长更短、频率更高的激光,持续时间为几飞秒。科学家们表示,利用这个新发现,未来他们可以发明更耐高温的激光发射武器(石墨烯超耐高温)。

  当然,这个发现目前仅存在于实验室,如果科学家们建立出实体模型,将能够增加激光发射器的使用寿命和发射功率。

  6月21日,在香港举行的“石墨烯时代21世纪的奇迹材料”产业化全球高端论坛上,诺贝尔物理学奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫爵士以一场妙趣横生的讲演,将听众带入一个玄妙神奇的科技世界,令人对未来美好生活充满遐想。

  铅笔芯里诞生的诺奖

  看过美剧《生活大爆炸》的观众,一定记得主人公“谢耳朵”钻研石墨烯,以致沉迷其中、不能自拔的情节。虽然该剧播出时,石墨烯研究尚未获诺贝尔奖,但已是学术界热点。

  人们常见的石墨,是由一层层以蜂窝状有序排列的碳原子堆叠而成,层与层之间作用力较弱,可以相互剥离形成薄薄的石墨片。当石墨被剥离到单层、只有一个碳原子厚度时,所得到的石墨片就是石墨烯。

  很长时间里,石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在。直至2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中将石墨烯从石墨中分离,才证实了石墨烯可以单独存在。而这个惊世的开创性实验,却被诺沃肖洛夫评价为是“中学生都可以完成的实验”。

  2004年,诺沃肖洛夫和他的导师海姆,以铅笔芯的主要成分——石墨为实验对象,成功通过机械微应力技术,将石墨分离成较小的碎片,最终得到了石墨烯这种新型超薄材料。当时,两人领导的研究小组利用透明胶带,将一张纸上的铅笔笔迹进行反复粘贴与撕开,使得石墨片的厚度逐渐减小,最终他们通过显微镜在大量的薄片中寻找到了厚度只有0.334纳米的石墨烯,而20万片石墨烯加在一起,才相当于一根头发丝的厚度。

  6年后,海姆和诺沃肖洛夫获得了诺贝尔物理学奖。当时,诺贝尔奖委员会发言人激动地说,通常诺奖只奖励那些已经得到广泛实际应用的研究成果,但这一次,委员会强烈认为应当明确认可石墨烯这种有巨大潜能的新型材料。

  由此,目前世界上最薄、最硬的材料——石墨烯逐渐走入大众的视野。

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