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两科学家用“胶带”和“铅笔”夺诺贝尔物理奖
来源：中国新闻网 2010年10月06日01:28
中新社北京10月5日电 (肖欣)瑞典皇家科学院今天11时45分(北京时间17时45分)宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁· 诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。
美国航天局曾经悬赏400万美元，寻找一种足够坚韧的材料，来制成长达3.7万公里缆线，搭建一座可以直通宇宙的“太空电梯”。正是石墨烯的发现让这个人类可以“一步登天”的梦想变成了可能。
这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料。
比最好的钢铁还硬100倍、比钻石坚硬的石墨烯其实就是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。其超强硬度、韧性和出色的导电性使得制造超级防弹衣、超轻型火箭、超级计算机不再是科学狂想。
但最大的困难在于：如果想投入实际生产，就必须找到一种方式，制造出大片、高质量的石墨烯薄膜。
为此，石墨烯被发现几十年以来，科学家们从未停止过各种方法的萃取或合成试验。直到2004年，盖姆和诺沃肖洛夫突破性地创造了撕裂法：他们将石墨分离成小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二，不断重复这一过程，最终得到了截面约100微米的、只有单层碳原子的石墨烯。
他们用普通胶带成功地从铅笔芯的石墨中分离出了石墨烯，听上去简单的不可思议。
但长期从事实验室工作的物理博士提醒记者，“想象一下撕出一个薄厚为一个原子的东西有多么困难”。“这往往需要漫长的时间里难以计数的重复试验”。
不过，除了苦战攻关，盖姆和诺沃肖洛夫这座诺贝尔奖杯最闪光之处更在于想象的力量。就连诺奖委员会都形容这对师徒“把科学研究当成快乐的游戏”，“他们知道，兴许哪天就能中了大奖”。有趣的是，在2000年，海姆的另一项发名还获得了“搞笑诺贝尔奖”，他用磁性克服重力，作用让一只青蛙漂浮在半空中。
像科学精神一样持久的还有两位诺奖得主的深厚情谊。现年36岁的诺沃肖洛夫出生在前苏联，他在荷兰奈梅亨大学攻读博士学位时遇见了同为俄裔科学家的盖姆 (现年51岁)，此后一直追随，从荷兰的奈梅亨到英国的曼彻斯特。直到今天，他们终于在人类科学史册中写下了共同的名字。
成果解读：石墨烯——二维碳的奇妙世界
2010年10月05日 23:13:16 来源： 新华网
新华网北京１０月５日电（记者王艳红）碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。２０１０年诺贝尔物理学奖所指向的，是碳的另一张奇妙脸孔：石墨烯。
想象有那么一张单层的网，每一个网格都是一个完美的六边形，每一个绳结都是一个碳原子。这张网只有一个原子那么厚，可以说没有高度、只有长宽，是二维而不是三维的。这就是石墨烯，它是二维的碳，人类已知的最薄材料，一种正为物理学和材料学带来许多新发现的东西。
由于这种材料是从石墨中制取的，而且包含烯类物质的基本特征——碳原子之间的双键，所以称为石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚１毫米的石墨大约包含３００万层石墨烯。层与层之间附着得很松散，容易滑动，使得石墨非常软、容易剥落。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
科学家在２０世纪４０年代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但在此后很长时间里，制取单层石墨烯的努力一直没有成功，有人认为这样的二维材料是不可能在常温下稳定存在的。２００４年１０月，发表在美国《科学》杂志上的一篇论文推翻了这种认知。在英国曼彻斯特大学工作的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用普通胶带完成了他们的“魔术”。
他们用胶带从石墨上粘下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复粘上十到二十次之后，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层石墨烯。这个看上去非常简单、一点儿也不高科技的方法，并不是他们的首创。在此之前就有人试过，但没能辨识出单层石墨烯。
海姆和诺沃肖洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效应使薄片在显微镜下呈现彩色条纹，就像油膜在水面上产生的效果。利用这种效应，他们观察到了单层石墨烯。就这样，第一种二维晶体材料正式出现了。之后，人们又制备出一些其他二维材料，例如氮化硼和二硫化钼的二维晶体。
石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多“极端”性质的应用前景。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的２０％。如果用一块面积１平方米的石墨烯做成吊床，可以承受一只猫的重量，而吊床本身重量不足１毫克，只相当于猫的一根胡须。
石墨烯的导电性比铜更好，导热性远超一切其他材料。它几乎是完全透明的，只吸收２．３％的光。另一方面，它非常致密，即使是氦原子——最小的气体原子也无法穿透。
科学家认为，利用石墨烯制造晶体管，有可能最终替代现有的硅材料，成为未来的超高速计算机的基础。晶体管的尺寸越小，其性能越好。硅材料在１０纳米的尺度上已开始不稳定，而石墨烯可以将晶体管尺寸极限向下拓展到１个分子大小。海姆和诺沃肖洛夫已于２００８年制造出１个原子厚、１０个原子宽的晶体管。
石墨烯还可用于制造透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高３０摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星。由于具备完美结构，石墨烯还能用来制造超灵敏的感应器，即使是最轻微的污染也能察觉。
但这样梦幻般的情景离实际还有距离，其中新型超级计算机这样的东西更是十分遥远。这种二维的碳到底会给人类世界带来什么样的改变，即使是刚刚戴上诺贝尔奖桂冠的研究者们，也无法预知。
来源：中国新闻网 2010年10月06日01:28
中新社北京10月5日电 (肖欣)瑞典皇家科学院今天11时45分(北京时间17时45分)宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁· 诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。
美国航天局曾经悬赏400万美元，寻找一种足够坚韧的材料，来制成长达3.7万公里缆线，搭建一座可以直通宇宙的“太空电梯”。正是石墨烯的发现让这个人类可以“一步登天”的梦想变成了可能。
这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料。
比最好的钢铁还硬100倍、比钻石坚硬的石墨烯其实就是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。其超强硬度、韧性和出色的导电性使得制造超级防弹衣、超轻型火箭、超级计算机不再是科学狂想。
但最大的困难在于：如果想投入实际生产，就必须找到一种方式，制造出大片、高质量的石墨烯薄膜。
为此，石墨烯被发现几十年以来，科学家们从未停止过各种方法的萃取或合成试验。直到2004年，盖姆和诺沃肖洛夫突破性地创造了撕裂法：他们将石墨分离成小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二，不断重复这一过程，最终得到了截面约100微米的、只有单层碳原子的石墨烯。
他们用普通胶带成功地从铅笔芯的石墨中分离出了石墨烯，听上去简单的不可思议。
但长期从事实验室工作的物理博士提醒记者，“想象一下撕出一个薄厚为一个原子的东西有多么困难”。“这往往需要漫长的时间里难以计数的重复试验”。
不过，除了苦战攻关，盖姆和诺沃肖洛夫这座诺贝尔奖杯最闪光之处更在于想象的力量。就连诺奖委员会都形容这对师徒“把科学研究当成快乐的游戏”，“他们知道，兴许哪天就能中了大奖”。有趣的是，在2000年，海姆的另一项发名还获得了“搞笑诺贝尔奖”，他用磁性克服重力，作用让一只青蛙漂浮在半空中。
像科学精神一样持久的还有两位诺奖得主的深厚情谊。现年36岁的诺沃肖洛夫出生在前苏联，他在荷兰奈梅亨大学攻读博士学位时遇见了同为俄裔科学家的盖姆 (现年51岁)，此后一直追随，从荷兰的奈梅亨到英国的曼彻斯特。直到今天，他们终于在人类科学史册中写下了共同的名字。
成果解读：石墨烯——二维碳的奇妙世界
2010年10月05日 23:13:16 来源： 新华网
新华网北京１０月５日电（记者王艳红）碳是最重要的元素之一，它有着独特的性质，是所有地球生命的基础。纯碳能以截然不同的形式存在，可以是坚硬的钻石，也可以是柔软的石墨。２０１０年诺贝尔物理学奖所指向的，是碳的另一张奇妙脸孔：石墨烯。
想象有那么一张单层的网，每一个网格都是一个完美的六边形，每一个绳结都是一个碳原子。这张网只有一个原子那么厚，可以说没有高度、只有长宽，是二维而不是三维的。这就是石墨烯，它是二维的碳，人类已知的最薄材料，一种正为物理学和材料学带来许多新发现的东西。
由于这种材料是从石墨中制取的，而且包含烯类物质的基本特征——碳原子之间的双键，所以称为石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚１毫米的石墨大约包含３００万层石墨烯。层与层之间附着得很松散，容易滑动，使得石墨非常软、容易剥落。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
科学家在２０世纪４０年代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但在此后很长时间里，制取单层石墨烯的努力一直没有成功，有人认为这样的二维材料是不可能在常温下稳定存在的。２００４年１０月，发表在美国《科学》杂志上的一篇论文推翻了这种认知。在英国曼彻斯特大学工作的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用普通胶带完成了他们的“魔术”。
他们用胶带从石墨上粘下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复粘上十到二十次之后，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层石墨烯。这个看上去非常简单、一点儿也不高科技的方法，并不是他们的首创。在此之前就有人试过，但没能辨识出单层石墨烯。
海姆和诺沃肖洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效应使薄片在显微镜下呈现彩色条纹，就像油膜在水面上产生的效果。利用这种效应，他们观察到了单层石墨烯。就这样，第一种二维晶体材料正式出现了。之后，人们又制备出一些其他二维材料，例如氮化硼和二硫化钼的二维晶体。
石墨烯对物理学基础研究有着特殊意义，它使一些此前只能纸上谈兵的量子效应可以通过实验来验证，例如电子无视障碍、实现幽灵一般的穿越。但更令人感兴趣的，是它那许多“极端”性质的应用前景。
石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的２０％。如果用一块面积１平方米的石墨烯做成吊床，可以承受一只猫的重量，而吊床本身重量不足１毫克，只相当于猫的一根胡须。
石墨烯的导电性比铜更好，导热性远超一切其他材料。它几乎是完全透明的，只吸收２．３％的光。另一方面，它非常致密，即使是氦原子——最小的气体原子也无法穿透。
科学家认为，利用石墨烯制造晶体管，有可能最终替代现有的硅材料，成为未来的超高速计算机的基础。晶体管的尺寸越小，其性能越好。硅材料在１０纳米的尺度上已开始不稳定，而石墨烯可以将晶体管尺寸极限向下拓展到１个分子大小。海姆和诺沃肖洛夫已于２００８年制造出１个原子厚、１０个原子宽的晶体管。
石墨烯还可用于制造透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。在塑料里掺入百分之一的石墨烯，就能使塑料具备良好的导电性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗热性能提高３０摄氏度。在此基础上可以研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，用于制造汽车、飞机和卫星。由于具备完美结构，石墨烯还能用来制造超灵敏的感应器，即使是最轻微的污染也能察觉。
但这样梦幻般的情景离实际还有距离，其中新型超级计算机这样的东西更是十分遥远。这种二维的碳到底会给人类世界带来什么样的改变，即使是刚刚戴上诺贝尔奖桂冠的研究者们，也无法预知。
