石墨烯的超导性被发现

 

　　而物理材料不同，导电性也不同，目前想要实现物体超导性能，一般只有在低温或者高温的情况下才会出现，常温状态下超导性能的材料并不多。在2016年日本东京大学的研究人员发现将两片石墨烯构建成一个类似夹心饼干似的结构，在石墨烯片中插入了一些钙原子之后惊奇地发现，这个结构实现了超导特性，但是遗憾的是该超导电现象是发生在-269摄氏度（4K）左右。

 

　　在这里不得不说一位在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原，他在一次对堆叠的双层石墨烯进行考察研究的时候，想看看把其中一层石墨烯进行极小角度偏移的时候会发生什么现象，然后通过微扭不同的角度，发现在一些特定的角度下，原本导电的石墨烯居然变成了绝缘体。这种有趣的现象，让他尝试着继续扭动着双层石墨烯让他变成超导体，没想到的是居然真的实现了。截止今年5月份，曹原与其博导已经连续发表了两篇自然文章介绍了魔角石墨烯研究的新突破，让人不可置信的是，这时候的曹原只有24岁。

 

　　石墨烯是什么

 

　　石墨是什么，其实石墨在金沙娱场城官网的生活中非常常见，就连金沙娱场城官网的经常使用的铅笔，里面的笔芯就是石墨，但是它和石墨烯有什么关系呢，金沙娱场城官网都知道，物质是由不同的元素构成，虽然原子相同，但是表现的特性却并不同，比如金沙娱场城官网生活中需要的氧气（O2）和臭氧（O3），虽然都是由氧原子构成的，但是氧气可以让金沙娱场城官网生存，并且无色无味，而臭氧却是完全不同的特性，金沙娱场城官网把这种称之为“同素异形体”。

 

　　而石墨也是一种“同素异形体”，因为碳原子结构的不同，在晶体中同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相连，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。那金沙娱场城官网常说的石墨烯是什么，和石墨有什么区别呢？其实石墨烯在英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

 

　　石墨烯在生活中的应用

 

　　石墨烯被称之为世界上最轻、最强、最薄的材料，虽然厚度只有0.2nm左右，但是它的强度比最好的钢材都要强上200倍，导电性是硅的100倍(就电子迁移率而言)；而且其韧性也非常强，拉伸的幅度能够达到自身的尺寸的20%左右，使用其做的防弹衣或者装甲、超级吊绳常用的材料，不光轻便，而且强度也非常高。石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯就是相当于切薄的石墨材料，1mm厚度的石墨大约就包含有300万层的石墨烯。

 

　　石墨烯除了韧性好强度高，其实还具有非常好的导热性和导电性，被称之为21世纪最神奇的材料，在太阳能技术、快速充电技术、新材料电池等领域的应用中，石墨烯也发挥着其重大的作用，美国麻省理工学院已成功研制出表面附有石墨烯纳米涂层的柔性光伏电池板，石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%，是现有多晶硅太阳能技术的2倍。

 

　　美国加州大学洛杉矶分校的研究人员也开发出一种以石墨烯为基础的微型超级电容器，该电容器不仅外形小巧，而且充电速度为普通电池的1000倍。而最让人吸引眼球的亮点是石墨烯电池，曾经西班牙一家以工业规模生产石墨烯的Graphenano公司同西班牙科尔瓦多大学合作开发出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而其充电时间不到8分钟，石墨烯确实是一种神奇的材料。

 

　　首例石墨烯芯片诞生

 

　　石墨烯在慢慢的发展中，也将成了硅材料的替代品，由于硅材料的本身特性限制，使得目前硅基芯片的继续提升性能越来越难，目前台积电也在进行着2nm工艺硅基芯片制作工艺的研究，而2nm也被网友们称之为硅基材料的极限，科学家们也都在寻求一种新的芯片材料，而正在风口上的石墨烯材料必然备受关注。美国《大众科学》网站近日报道，2012年，美国IBM公司就曾成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，据了解，该芯片是建立在碳化硅上，通过石墨烯场效应管组成的，其工作频率可以达到100G赫兹，虽然这款芯片的工艺只有550纳米，也是人类成功制造出的第一块石墨烯芯片。

 

　　未来芯片的布局

 

　　2017年2月，央视新闻频道在播出了《神奇的石墨烯》专题节目中提到，石墨烯有望替代硅成为下一代芯片的主要材料。利用石墨烯制造新一代电子器件，有望使我国在芯片制造业弯道超车，达到国际领先水平。不负众望，北京大学张志勇、彭练矛课题组在美国著名《科学》专刊中发表论文称：通过使用碳纳米管在4英寸基底中获得了间隔为5nm的垂直有序排列的碳纳米管阵列。成功搭建出新一代碳基集成电路，而碳纳米管的制作就是通过石墨烯卷曲而成。这也是一种以碳基为主材料的芯片，被网友们称之为碳基芯片。

 

　　虽然石墨烯有着美好的应用场景，但是从实验室走上商用化，还有很长的路要走。通过对石墨烯的的研究发现，这种材料确实可以称得上是21世纪最神奇的材料，使用石墨烯可以制作出柔性弯曲的屏幕，还可以让电动汽车的充电时间缩短到几个小时甚至几十分钟。而在集成电路的应用中，因为其超强的导电性，也被意为下一代原材料的首选。但由于常温下制作高纯度的石墨烯成本太高，技术并不成熟，而只是更多地被当作一种添加剂使用，这也限制了石墨烯向更高领域的发展，当然在石墨烯的研发应用中，各国也都在抓紧研发，相信在未来不久，石墨烯的制作工艺能迎来新的突破，石墨烯材料能更一步造福人类。