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世界最薄材料問世 厚度僅相當(dāng)一個(gè)原子

發(fā)布時(shí)間:2007-12-04 作者: 來源:新浪科技 瀏覽:817

      據(jù)《泰晤士報(bào)》3月1日?qǐng)?bào)道,科學(xué)家已研制出世界上最薄的材料,厚度僅為頭發(fā)的20萬分之一??茖W(xué)家預(yù)測(cè)這一材料將會(huì)在電腦和醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域掀起一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的科技革命。

  科學(xué)家在一片厚度僅為一個(gè)原子的薄膜上造出一層碳原子,這完全同物理學(xué)定理相悖。讓我們用較為形象的方法來描述這種材料到底有多薄:若將這些薄片一層層摞在一起,則需要二十萬層才足以達(dá)到人類一根發(fā)絲的厚度,由此可見一斑。這種名為“二維碳原子片”(Graphene)的物質(zhì)于兩年前問世,不過當(dāng)時(shí)只有在將它們同另一種材料粘在一起時(shí),才可以將其制作出來?,F(xiàn)如今,研究人員采用把薄膜懸掛于金制腳手架納米刻度長條的方法,成功造出二維碳原子片。

  這一偉大發(fā)明在理論學(xué)家看來也許是天方夜談,不過,如今它擁有實(shí)驗(yàn)做堅(jiān)實(shí)后盾,二維碳原子片事實(shí)上是一種被認(rèn)為遇熱便會(huì)瞬間遭到損壞的兩維晶體。這種晶體薄膜由碳原子構(gòu)成,碳原子可以形成六個(gè)六邊形小組,形成一種密集的蜂巢點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),它們之所以能存在,是因?yàn)樘荚又g的結(jié)構(gòu)經(jīng)波動(dòng)后變得相當(dāng)穩(wěn)固。波動(dòng)向這種結(jié)構(gòu)提供了“第三維”,賦予其團(tuán)結(jié)得力量。研究結(jié)果刊登在最新一期《自然》雜志上。

  而事實(shí)證明,二維碳原子薄膜非常穩(wěn)定,它可以在真空和室溫下抱成團(tuán)。而其它所有已知材料會(huì)氧化、分解,在相當(dāng)于其自身厚度十倍的尺寸時(shí)變得不穩(wěn)定。二維碳原子片由英國曼徹斯特大學(xué)和德國馬克斯?普朗克研究所的科學(xué)家共同研制而成。曼徹斯特大學(xué)物理天文學(xué)教授安德烈?杰姆(Andre Geim)說:“這是一種全新的技術(shù),即便是納米技術(shù)也無法貼切地形容這些新材料。我們已生產(chǎn)出概念驗(yàn)證型設(shè)備,相信這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)而應(yīng)用于其它領(lǐng)域也會(huì)簡單方便。我們真正的挑戰(zhàn)是如何降低這種薄膜的成本,使其可以更廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域?!?/FONT>

  曼徹斯特大學(xué)教授克斯特亞?諾沃塞洛夫(Kostya Novoselov)表示,二維碳原子片的主要用途是可大大提高電腦的運(yùn)算速度和計(jì)算能力,用于新藥物的研制方面。這種薄片還可以被用作只能用顯微鏡才可看見的濾網(wǎng),用以將氣體分離成它們的組成部分。在二維碳原子片中,單個(gè)原子的厚度僅有0.35納米。借助這一特性,二維碳原子片在醫(yī)學(xué)研究中可以幫助醫(yī)療人員用電子顯微鏡對(duì)分子進(jìn)行分析。

  目前,電子顯微鏡提供的圖像清晰度深受擺放樣本分子的材料厚度所限。二維碳原子片的厚度堪稱獨(dú)一無二,電子也許有一些不太相干的材料經(jīng)過其上,能讓分子結(jié)構(gòu)的圖像變得更加清晰,尤其對(duì)掌握著一代醫(yī)學(xué)發(fā)展命門的蛋白質(zhì)而言。二維碳原子片最終可以取代硅片,因?yàn)樗鼈兙邆涑蔀楸裙杵行щ娮泳w管的潛力。二維碳原子片可以用作電子晶體管,尤其是把守電流輸送閘門的開關(guān),它們已證明比硅片運(yùn)行速度更快,耗費(fèi)的能量也更少。

  英國《自然材料學(xué)》(Nature Materials)已刊登了把二維碳原子片用作電子晶體管的實(shí)驗(yàn)。曼徹斯特大學(xué)的列昂尼德?波諾瑪倫科(Leonid Ponomarenko)教授也對(duì)二維碳原子片的商業(yè)前景充滿樂觀。他說:“這項(xiàng)技術(shù)已成功讓毫米大小的電子晶體管穩(wěn)定地過渡至當(dāng)前的微處理器,其單個(gè)元素的尺寸僅有10納米。我們研究的下一步就是開發(fā)真正納米尺寸的電路,這也是符合邏輯的一步。”

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