很多人小時候都玩過折紙，但很少有人能想到，如今納米材料石墨烯也有“折紙術(shù)”了。近期，中國科學(xué)院物理研究所高鴻鈞院士研究團(tuán)隊(duì)的陳輝博士等人首次實(shí)現(xiàn)了對石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級可控折疊，相當(dāng)于用石墨烯折紙，相關(guān)論文6日發(fā)表在世界頂級科研雜志《科學(xué)》上。
相關(guān)論文共同聯(lián)系作者杜世萱昨日接受北京青年報記者采訪時介紹，此次研究所用來折疊的石墨烯“紙”厚度不到0.2納米，科研人員是在特殊的顯微鏡下完成的折疊。
“此次折疊出來的一種石墨烯納米片結(jié)構(gòu)具有電子元器件的一些特性，今后隨著研究的進(jìn)一步深入，我們有可能利用石墨烯的‘折紙術(shù)’創(chuàng)造出效率更高的手機(jī)、電腦等電子設(shè)備。”杜世萱介紹道。
中國科學(xué)家“折疊”石墨烯
構(gòu)筑新型準(zhǔn)三維納米結(jié)構(gòu)
“折紙術(shù)”是一種把紙張折出各種特定形狀和花樣的藝術(shù)。藝術(shù)家們通過精妙的手法，把簡單與單調(diào)的二維紙張變成豐富多彩的三維結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，這類將物質(zhì)折疊操縱的手法也經(jīng)常被用在一些科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。通過對新材料的折疊，可以創(chuàng)造出形狀與功能各異的結(jié)構(gòu)、器件乃至機(jī)器。
中國科學(xué)院物理研究所6日發(fā)布消息稱，該研究所高鴻鈞研究團(tuán)隊(duì)的陳輝博士等人首次實(shí)現(xiàn)了對石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級精準(zhǔn)的可控“折疊”，構(gòu)筑出一種新型的準(zhǔn)三維石墨烯納米結(jié)構(gòu)。
中國科學(xué)院物理研究所表示，此次發(fā)現(xiàn)利用的是原子級精準(zhǔn)的“折紙術(shù)”，也是目前世界上最小尺寸的石墨烯“折疊”。目前，該研究的論文已發(fā)表在世界頂級科研期刊《科學(xué)》上。
石墨烯作為一種納米級的新型二維材料，在電學(xué)方面有望成為新一代電子元器件的基材，因此多年來一直是物理學(xué)研究的熱門話題。2010年，兩名科學(xué)家因在石墨烯材料方面的卓越研究獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。
中國科學(xué)院物理研究所介紹，想要“折疊”石墨烯并不簡單，因?yàn)榘咽澢饋砗螅浣Y(jié)構(gòu)的電子學(xué)性質(zhì)容易受到多方面因素的影響，特別是根據(jù)特殊需要沿特定方向?qū)κ┻M(jìn)行“折疊”，具有極大的挑戰(zhàn)性。
在特殊顯微鏡下才能操作
用針引導(dǎo)石墨烯移動
此次發(fā)表的論文的共同聯(lián)系作者杜世萱在接受北青報記者采訪時表示，相比約0.1毫米厚的普通A4紙，陳輝等人用來“折疊”的石墨烯厚度不到0.2納米，相當(dāng)于A4紙五十萬分之一的厚度。為了“折疊”這樣薄的“紙”，科研人員需要操作一種特殊的顯微鏡——掃描隧道顯微鏡，“光是練習(xí)在這種顯微鏡下進(jìn)行操作，可能就要花幾個月的時間。”
為了能夠“折疊”石墨烯，科研人員花了一年多的時間做準(zhǔn)備，比如尋找適合“折疊”石墨烯的環(huán)境。杜世萱說：“比如一張紙，放在沾滿膠水的桌子上，就很難給它‘折疊’起來。石墨烯的‘折疊’也是一樣，環(huán)境中的電、磁等都可能是黏住石墨烯的‘膠水’。所以找到一個不會影響‘折疊’的環(huán)境是非常重要的。”
相比“臺下十年功”，操作“折疊”石墨烯花費(fèi)的時間就短多了，“這個操作是以分鐘為單位計算的。”杜世萱解釋說：“一般折紙，我們會用兩根手指夾住紙的一端，把紙給折疊起來。但有的時候，由于手上有靜電或者比較濕，我們一根手指就能把紙的一端提起來。‘折疊’石墨烯就有些像后一種情況，用一個帶微弱電流的針，去吸引本身也有電的石墨烯，用針去引導(dǎo)石墨烯移動到指定的位置。”
石墨烯“折疊”后還能“展開”
對未來的應(yīng)用有重要意義
陳輝等人發(fā)表的論文顯示，此次研究不僅實(shí)現(xiàn)了簡單的“折疊”，還可以在“折疊”后將石墨烯成功“展開”，并能讓同一個石墨烯結(jié)構(gòu)沿任意方向反復(fù)“折疊”，還創(chuàng)造出了堆疊角度精確可調(diào)的特定雙層石墨烯納米結(jié)構(gòu)。
據(jù)悉，基于此次發(fā)現(xiàn)的石墨烯“折紙術(shù)”，可以折出其他新型的原子晶體材料，進(jìn)而制造出功能納米結(jié)構(gòu)及其量子器件。中國科學(xué)院院士高鴻鈞在接受央視采訪時介紹，通過“折疊”所獲取的新材料可能獲得“折疊”前所沒有的超導(dǎo)性或磁性，這樣一些特性的變化，對未來的應(yīng)用會有重要意義。
最后，杜世萱告訴北青報記者，此次發(fā)現(xiàn)的石墨烯納米片結(jié)構(gòu)具有電子元器件的一些特性，隨著今后研究的不斷深入，有可能利用石墨烯的“折紙術(shù)”，來創(chuàng)造出效率更高的手機(jī)、電腦等電子設(shè)備。
文/本報記者 屈暢 實(shí)習(xí)記者 許張超
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