科技日报记者 刘园园
“人类曩昔4000年的成长，从磁器时期到青铜时期再到铁器时期，每一个时期都有一种代表性材料。我们此刻糊口在塑料与硅的时期，这也是今天人类文明的代表性材料。下一步是甚么呢？”在近日进行的2019中国科幻年夜会“科技与将来”专题论坛上，2010年诺贝尔物理学奖得主、英国曼彻斯特年夜学物理学传授安德烈·海姆问道。而他本身给出的谜底是：二维材料。
已知的二维材料有成百上千种
2004年，凭仗粘在胶带上的石墨残片，安德烈·海姆和他的博士后康斯坦丁·诺沃索洛夫分手出现在着名度最高的二维材料——石墨烯，并是以取得2010年诺贝尔奖。
石墨是三维的，而石墨烯仅由一层碳原子组成，是以就成了二维材料。安德烈·海姆先容，石墨烯具有一系列出色的机能：你能想象到的最薄的材料、比概况积最年夜的材料、今朝已知最坚忍的材料、延展性和柔韧性最强的晶体、导热性打破已有记载……
“这是材料的二维革命。”安德烈·海姆说，15年前，人们不但不知道这些材料可以存在，乃至先验地以为这些材料是不成能存在的。现在，科学家已知道成百上千种其他二维材料的存在和性质。
安德烈·海姆先容，今朝全球规模内有不计其数研究职员在研究二维材料，良多中国年夜学都有如许的研究团队或研究职员。同时，世界上稀有千家公司在研发石墨烯产物，包罗浩繁中国公司。
“石墨烯的优胜特征让它可在良多消费产物中获得利用。”安德烈·海姆先容，今朝市场上已有含有石墨烯的电池，不但发生的热量少，并且充电速度年夜为晋升。还有人测验考试把石墨烯利用在跑鞋上，让跑鞋寿命耽误40%；或将其利用在跑车上，让跑车加倍轻巧的同时，既坚忍又抗冲击。
从三维到二维物理特征会剧变
“石墨烯已在良多范畴发生普遍利用。但其他年夜部门二维材料仍处于尝试室研究阶段，科研职员仍在对它们的制备本钱、各类性质和利用潜力进行优化和摸索。”中国科学手艺年夜学化学与材料科学学院传授朱彦武在接管科技日报记者采访时说。
记者领会到，由单层原子组成的锡烯、二硫化钼和黑磷等，都是当前二维材料范畴的研究热门。
“理论上良多三维材料都有‘二维化’的可能。”朱彦武先容，从三维到二维，良多材料的物理特征会产生庞大转变。
一个最较着的转变是，二维材料的厚度很是薄，是以会具有很是年夜的比概况积，这就有潜力用作高机能负载或过滤材料。再好比，因为石墨烯中的电子迁徙速度很是快，石墨烯器件的响应速度可年夜年夜晋升，同时驱动电子所用的电场和电势便可以下降，这将年夜年夜削减一些基于二维材料的器件功耗。
现实上，跟着芯片标准愈来愈小，芯片上的晶体管数目接近极限，这意味着摩尔定律日趋迫近“天花板”。而二维材料的庞大利用远景之一就是用于制造新型半导体器件，从而打破摩尔定律的“天花板”，但这并不是易事。
“从根本科学研究的角度来说，材料的维度下降今后，此中触及良多纳米科学和表界面科学相干的题目，科研职员依然没有完全弄清晰。这是二维材料研究今朝面对的困难之一。” 朱彦武以为，从某些标的目的或角度起首寻觅到二维材料的利用冲破口，将可能刺激或鼓动勉励二维材料研究范畴的进一步成长。
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