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未来电子器件 就是石墨烯的天下

北极星输配电网  来源:科学出版社    2015/4/23 11:01:06  我要投稿  

北极星输配电网讯:2010年诺贝尔物理学奖授予给了曼彻斯特大学的Geim和Novoselov,以奖励他们对二维材料石墨烯的开拓性研究。细心的读者会发现获奖理由并未使用“发现”意味的字眼,这是因为石墨烯究竟是谁发现的仍存在争议。自从日本NEC公司的Iijima于1991年发表了那篇触发碳纳米管研究的里程碑式的论文,人们对于碳纳米管的发现也有过类似的争论。相对而言,Curl爵士,Kroto和Smalley 因发现富勒烯而获得1996年的诺贝尔化学奖,则争议不大。

虽然佐治亚理工大学的de Heer 指出诺贝尔奖评审委员会在科学背景资料方面存在大量事实错误,但不可否认的是,Novoselov等发表于2004年、2005年的论文确实促使石墨烯的研究风靡全球。由曼彻斯特的研究组发展的胶带机械剥离法制备石墨烯具有简单、高效和廉价的特性,从而迅速被世界各地的研究组所采用。正是这种简便性赋予了石墨烯研究足够的动力,使其以令人瞩目的速度发展。虽然这种技术早已应用于裂解石墨的扫描隧道显微镜研究,但是从未用于石墨烯优良电学性质的研究。

对石墨烯的狂热也引发了人们对其他二维材料如六方氮化硼、硅烯、过渡金属氧化物、过渡金属二硫化物、石墨烷以及氟化石墨烯的兴趣。石墨烯的应用研究正在兴起,包括低成本海水淡化、高强度复合承重材料、高频晶体管、太阳能电池、传感器、锂离子电池和超级电容器等诸多方面。

de Heer 关于石墨烯的开拓性工作应该得到认可,他的研究组独立地利用碳化硅合成了石墨烯,并完成了单层石墨烯电学性质的测定。在2004年,Novoselov等的工作发表之前,de Heer 就已经意识到石墨烯将会带来奇迹。他的研究组报道了超薄外延石墨薄膜的二维电子气特性,并开启了一条通向大规模制备石墨烯纳米电子器件的道路。2005年,哥伦比亚大学Kim的研究组发表了对石墨烯量子霍尔效应和Berry 相的观测结果并对此进行进一步研究,在发现石墨烯令人惊异的电子学特性上作出了诸多重要的贡献。他们制备石墨烯的方法和Novoselov在2004年所报道的类似。美国德州大学奥斯汀分校的Ruoff 教授也一直致力于发展化学气相沉积法制备石墨烯,该方法采用金属为催化剂,这对石墨烯的商业价值至关重要。石墨烯研究领域有非常多的领军人物,在此无法一一列举。在这里,对所有在石墨烯研究上作出贡献、获得广泛科学影响并帮助建立和完善各个领域的年轻的或资深的学者表示感谢。

石墨烯领域的蓬勃发展离不开碳纳米管和富勒烯领域的学者,是他们将自己的兴趣投向了这个新的领域。表征石墨烯的仪器和方法通常与碳纳米管的类似,如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子器件的构筑、衍射和拉曼光谱。这些方法快速提升了我们对于这种新型二维晶体特性的理解,或许会发现石墨烯的新特性。

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