中國成功折疊石墨烯，解決數十年世界難題，可用于改進超級計算機

中國成功折疊石墨烯，解決數十年世界難題，可用于改進超級計算機

石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。實際上石墨烯本來就存在于自然界，只是難以剝離出單層結構。石墨烯一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層石墨烯。

我國科技進程腳步不斷，將古老的折紙藝術帶入微觀世界，獲得新突破。同時，韓國同類研究也取得進展，但其實際運用局限于小小市場，到此差在哪了？

近日，中國科學家成功在不改變其性質的前提下折疊了顯微鏡下的石墨烯。這使得世界各地的科學家數十年徒勞無功的嘗試取得了成功。據悉，這項技術可用于改進超級計算機和制造納米機器、量子機器等方面。

石墨烯內部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵，并有如下的特點:碳原子有4個價電子，其中3個電子生成sp鍵，即每個碳原子都貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，新形成的π鍵呈半填滿狀態。

中國科學家能折疊展開石墨烯片不會撕裂

在我們日常生活中，折疊石墨烯并非難事。但這次研究中，折疊對象是只有單原子厚度的石墨烯。困難在于原子粒子受到量子力學的影響，其規律與我們的日常經驗相反。用通俗的方式來解讀，當我們在折疊這種微觀薄片時，很可能導致它不聽話地移動或者直接一分為二。同時，相互靠近的兩個薄片總是會發生性質的改變：雖然石墨烯僅僅是導體，但折疊它們時可以產生絕緣體或超導體。

而我國研究人員突破性地使用單個帶電原子彎曲超薄薄片，可以保持他們性質不變，折疊和展開多次而沒有任何損壞；也可以調整至合適角度，使其性質發生預期內變化，比如超導體。

這意味著，與過去其他的實驗（折疊是隨機或偶然發生的）不同，我國的新技術允許科學家以原子級精度控制轉換。

并沒有在論文中他們一些技術細節，這意味著他國科學家應該無法通過閱讀論文來復制這個過程。他的保密行為屬于一種必要措施，以保持中國在這一領域的領先地位。

新技術可以有一些關鍵應用。例如，將一片石墨烯折疊成“魔角”將使其成為超導體——電子可在沒有任何阻力的情況下通過。這項技術可用于改進計算機處理器的設計和制造。

目前，商業處理器是使用稱為晶片的大塊硅板制成的。但隨著晶體管等元件的尺寸縮小，提高計算機的速度和性能變得越來越困難。在幾年后，這項新技術將讓設計人員挑戰在原子層面上一個個構建元件成為可能，為開發“夢想芯片”提供更多自由。

另一方面，該團隊希望他們的“折紙方法”可以幫助制造納米機器部件，例如石墨烯管和納米渦輪機的板材。在此基礎上，可實現使用2D可調電子器件來制造石墨烯量子機器。

石墨烯是已知強度最高的材料之一，同時還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。而利用氫等離子改性的還原石墨烯也具有非常好的強度，平均模量可大0.25TPa。 由石墨烯薄片組成的石墨紙擁有很多的孔，因而石墨紙顯得很脆，然而，經氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨紙則會異常堅固強韌。

與此同時韓國也在研究石墨烯。由韓國忠南國立大學教授領導的研究小組開發了一種新的石墨烯電極，用于在低溫下生產鈣鈦礦太陽能電池。然而其價值局限于提高新一代太陽能電池的商業化預期。

作為材料研究，與我國成果可用于改進計算機處理器、幫助制造納米機器部件和石墨烯量子機器相比，其適用范圍十分狹窄（僅限這種新電池），并且對前沿的微觀物理研究無貢獻。同樣是研究石墨烯，中國解韓國所不能解，領先的不止一大步。

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