特殊的二維材料許多石墨烯并不獨特

特殊的二維材料許多石墨烯并不獨特

長期以來，人們對二維晶體的了解不多，二維晶體是以平面形式存在的，好像被稀釋到原子層厚度一樣，根據傳統理論，由于熱力學的不穩定性，在自然界中找不到準二維晶體結構，直到2004年，安德烈·海姆和他的同事們才發現了它的存在。君士坦丁-諾沃索洛夫聯盟首次成功地將石墨烯從高定向熱解石墨中分離出來。結果表明，二維材料在室溫和常壓下均能穩定存在。

可以說，石墨烯的發現打開了通往二維材料世界的大門，海姆指出，石墨烯并不是一種獨特的二維材料。還有許多其他具有特殊性能的二維材料在某些應用中可能表現得更好，除了石墨烯之外，還有許多類似于石墨烯的材料值得探索。

以磷化氫為例，它是一種由有序磷原子從黑磷中剝離而成的整體材料，其某些特性可應用于許多領域，而且黑磷的非線性光學特性已被許多機構證明能夠產生超快激光，有望成為黑磷的重要組成部分。石墨烯在不久的將來。

硅是一種只有一層原子厚度的材料，可以在銀表面生長。它有一些類似于石墨烯的材料性質，但也有一些更優秀的特性，包括較低的對稱群和更強的自旋軌道耦合。研究人員正在探索它可能更適合與硅基電子器件集成，并成為石墨烯的競爭對手。

對于石墨烯，研究人員可以在它的原子層上進行各種拼接，就好像孩子們在玩樂高積木一樣。例如，石墨烯被層層堆疊，形成三維石墨；石墨烯被卷曲成圓柱形，形成一維碳納米管；石墨烯被制成球形或橢球形，得到零維。因此，石墨烯可以作為其他碳材料的結構基礎。

海姆指出，石墨烯與其他材料的人工結合，以及在幾周內通過原子混合設計復雜的結構，將使石墨烯更加神奇，并進一步研究這些材料的不同性質，這種研究結果可以稱為石墨烯3.0。

例如，以石墨烯為基礎的納米復合材料的制備擴大了石墨烯的應用范圍，目前合成石墨烯的主要方法有三種：一種是表面改性或元素摻雜，在不同的溶劑中形成穩定的分散體系；另一種是使石墨烯負載無機納米粒子，如間位金屬氧化物。L或金屬氧化物，廣泛應用于催化、生物傳感器、電池、超級電容器等；另一種是將石墨烯與聚合物復合，在機械性能、光伏電池、超級電容器等方面表現出優異的性能。

當然，石墨烯復合材料的研究還存在許多問題和挑戰，如石墨烯與無機納米粒子的相互作用機理、與聚合物的相容性、復合材料的發展和深入應用等。

在石墨烯的制備過程中，人們往往把注意力集中在石墨烯上，而海姆的研究小組并沒有忽視對單層石墨烯剝離后通常丟棄的材料的研究。

海姆說：放大后的剩余石墨塊晶體是一個二維真空區，它有許多結構形狀，如超細毛細血管，大約15納米。當我們測試水的輸送時，我們驚訝地發現，當水通過超窄的毛細血管時，幾乎是無障礙和無摩擦的，達到速度為1米/秒，墻壁非常光滑，水在很長一段距離內滑落。

海姆的團隊解釋說，這是一個全新的納米級系統，其毛細管的精度是無法想象的。更重要的是，這些超細毛細管可以用來制備各種材料，不僅可以控制毛細管的大小，還可以調節毛細管壁的性能。這些材料是昂貴的。將在今后的過濾、海水淡化和氣體分離等新技術中得到應用。

海姆補充說，石墨烯基礎研究中的許多科學發現令人驚訝，使新材料有用是很酷的，還有無數的研究和開發的可能性需要探索。這種研究深深地影響著我們。

毫無疑問，石墨烯的發現為研究者提供了一個充滿魅力和想象力的研究對象，學習如何與石墨烯之父做基礎研究可以說是不斷刷新創新的視野。我相信，在不久的將來，多功能石墨烯將在許多領域帶來顛覆性的變化。

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