被称为“黑金”的新材料之王“石墨烯”,有啥神奇?“二维材料”跟我们日常生活有啥关系?......

被称为“黑金”的新材料之王“石墨烯”,有啥神奇?“二维材料”跟我们日常生活有啥关系?......
2019年11月08日 09:33 新浪网 作者 文汇报

被称为“黑金”的新材料之王“石墨烯”,有啥神奇?“二维材料”跟我们日常生活有啥关系?......

正在西安举行的“2019年自然学术会议·二维材料:基础研究与应用展望”上,20余场重量级报告,展示了二维材料这一综合性前沿交叉领域的最新研究进展。“石墨烯”等先进的“二维材料”的神奇性能再次“撩拨”起人们的兴致。会议主办方之一的西北工业大学在“二维材料”研究领域取得了哪些丰硕的成果?

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“石墨烯”,这个被称为“黑金”的新材料之王,究竟有什么神奇?我们先做个实验——

准备一根10B铅笔(越黑越好),再拿出透明胶带和小刀一把,先用小刀将铅芯粉末削一些下来,再把粉末倒在胶带上,对折胶带后撕开,再用一段新胶带继续粘贴撕开,重复N次后有奇迹出现——你就有可能获得了“石墨烯”!

What?Are you kidding me?这个脑洞大开的思路,让英国曼彻斯特大学的两位科学家在世界上首次制备出只有一个碳原子厚度的石墨烯,并由此开启了“二维材料”研究和应用的大门,他们也因此在2010年共同获得诺贝尔物理学奖。获奖者之一的Kostya Novoselov教授还是1973年以来最年轻的诺贝尔物理学奖得主。

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正在西安参加“2019年自然学术会议·二维材料:基础研究与应用展望”会议的Kostya Novoselov教授,围绕“二维材料”研究领域的前沿进展与应用展望作了精彩的报告,他讲述了最初怎样步入“二维材料”研究领域的故事,还在视频中向西工大的学子们亲切寄语。

“二维材料”同我们的日常生活究竟有啥关系?

据介绍,“二维材料”具有十分优异的机械、热学、光学和电学特性,其厚度仅有一个或几个原子层,是指电子仅能在两个维度上自由运动的平面材料。拿第一种二维材料“石墨烯”来说,它不仅导电导热,透光率高,还硬度极高,非常柔韧。一层保鲜膜厚的石墨烯,需要一头5吨重的大象,站在铅笔上形成的压力才能被刺穿。

更有趣的是,石墨烯可以通过千变万化的方式,展现更多奇特的性质!把石墨烯沿某一方向卷曲就形成了碳纳米管;将具有五元环和七元环的石墨烯结构弯曲成球型结构就变成富勒烯;像玩乐高积木一样把石墨烯用不同方式堆叠在一起,可以发掘出单个材料所不具备的新性质;像折纸一样把石墨烯弯曲折叠,可以构筑出具有三维形貌与新型功能的纳米结构。此外,人们还发现了二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化锑及碲化铋等其他二维材料,这些材料都具备各自特殊的性质,用途超乎想象。

目前,二维材料的应用已经涵盖了印刷电子、柔性电子、超级电容、太阳能电池、量子点、传感器、半导体制造、NFC、医疗等众多领域。碳与光正取代硅和电,二维材料也正从远离人类自身,发展到了与人类本体息息相关。比如,二维材料应用到手机屏幕上,根本不用再担心碎屏;再比如,据说5G手机冬天可当暖宝宝,夏天可以煎蛋,二维材料也有望解决这一问题!

正因为这一材料拥有各种让人叹为观止的性能,二维材料已经被部分国家提升至战略高度,我国在该领域虽启动稍晚,但已经在许多方向全球范围内做出了具有开创性和引领性的工作。

记者了解到,西北工业大学在这一领域的相关研究取得了令人瞩目的成绩——

中国科学院院士、西北工业大学常务副校长黄维教授领衔的柔性电子创新团队,在基于石墨烯、过渡金属硫化物、二维钙钛矿等二维材料的能源转化、能源储能,信息存储,传感器件等领域取得令人瞩目的成就,在《自然》杂志及其子刊等国际顶尖学术期刊发表系列论文。

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2019年,柔性电子研究院科研团队在Advanced Materials期刊发表成果,通过与不同TMD材料形成不同类型异质结而造成不同的光与物质相互作用和光电性能调控,开发出一种宽禁带半导体材料。

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2017年,材料领域权威期刊Advanced Materials (IF=19.791)刊发了该校材料学院关于超轻电磁屏蔽材料的研究成果。论文提出了借助CVD手段,实现石墨烯纳米片与碳纳米管的杂化连接,利用杂化体独具的跨尺度缺陷、界面提高其对电磁波吸收屏蔽效能的新思路。

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2016年,该校理学院科研团队在传热学领域顶级期刊《国际传热与传质》发表论文,采用适宜、高效的表面功能化接枝改性技术大幅度提升了石墨烯纳米微片(GNPs)在环氧树脂(E-51)基体中的均匀分散性,研究入选ESI热点论文和高被引论文。

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2018年5月,首届丝绸之路国际二维材料科技会议在西工大举行,来自国内外的近百位院士、专家学者共同参会,进一步拓展了“二维材料”领域的发展。

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2018年10月,由西工大和自然科研(Nature Research)共同主办的自然学术会议——“柔性电子与未来展望暨西安国际柔性电子产业大会”,围绕柔性电子现状与未来展望主题进行了深入探讨。

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2019年9月,石墨烯新型纳米材料缺陷工程国际研讨会(GANDE-2019)在西工大举行,促进了石墨烯新型纳米材料缺陷工程领域的深入发展。

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正是基于西工大在“二维材料”研究领域的丰硕成果,该校通过承办“2019年自然学术会议·二维材料:基础研究与应用展望”,再次向全世界展示中国科技发展的成果与力量。

在颠覆性科技创新的新时代,西工大将立足“三航”学科特色深耕不辍,聚焦前瞻性基础研究,力争在更多战略性科研领域实现突破。

文:通讯员高莹 文汇报驻陕记者韩 宏

图:郭友军

视频:西工大供

编辑:韩 宏

责任编辑:王 星

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