中国成功折叠石墨烯，解决数十年世界难题，可用于改进超级计算机

中国成功折叠石墨烯，解决数十年世界难题，可用于改进超级计算机

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。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。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。

我国科技进程脚步不断，将古老的折纸艺术带入微观世界，获得新突破。同时，韩国同类研究也取得进展，但其实际运用局限于小小市场，到此差在哪了？

近日，中国科学家成功在不改变其性质的前提下折叠了显微镜下的石墨烯。这使得世界各地的科学家数十年徒劳无功的尝试取得了成功。据悉，这项技术可用于改进超级计算机和制造纳米机器、量子机器等方面。

石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点:碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。

中国科学家能折叠展开石墨烯片不会撕裂

在我们日常生活中，折叠石墨烯并非难事。但这次研究中，折叠对象是只有单原子厚度的石墨烯。困难在于原子粒子受到量子力学的影响，其规律与我们的日常经验相反。用通俗的方式来解读，当我们在折叠这种微观薄片时，很可能导致它不听话地移动或者直接一分为二。同时，相互靠近的两个薄片总是会发生性质的改变：虽然石墨烯仅仅是导体，但折叠它们时可以产生绝缘体或超导体。

而我国研究人员突破性地使用单个带电原子弯曲超薄薄片，可以保持他们性质不变，折叠和展开多次而没有任何损坏；也可以调整至合适角度，使其性质发生预期内变化，比如超导体。

这意味着，与过去其他的实验（折叠是随机或偶然发生的）不同，我国的新技术允许科学家以原子级精度控制转换。

并没有在论文中他们一些技术细节，这意味着他国科学家应该无法通过阅读论文来复制这个过程。他的保密行为属于一种必要措施，以保持中国在这一领域的领先地位。

新技术可以有一些关键应用。例如，将一片石墨烯折叠成“魔角”将使其成为超导体——电子可在没有任何阻力的情况下通过。这项技术可用于改进计算机处理器的设计和制造。

目前，商业处理器是使用称为晶片的大块硅板制成的。但随着晶体管等元件的尺寸缩小，提高计算机的速度和性能变得越来越困难。在几年后，这项新技术将让设计人员挑战在原子层面上一个个构建元件成为可能，为开发“梦想芯片”提供更多自由。

另一方面，该团队希望他们的“折纸方法”可以帮助制造纳米机器部件，例如石墨烯管和纳米涡轮机的板材。在此基础上，可实现使用2D可调电子器件来制造石墨烯量子机器。

石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。 由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧。

与此同时韩国也在研究石墨烯。由韩国忠南国立大学教授领导的研究小组开发了一种新的石墨烯电极，用于在低温下生产钙钛矿太阳能电池。然而其价值局限于提高新一代太阳能电池的商业化预期。

作为材料研究，与我国成果可用于改进计算机处理器、帮助制造纳米机器部件和石墨烯量子机器相比，其适用范围十分狭窄（仅限这种新电池），并且对前沿的微观物理研究无贡献。同样是研究石墨烯，中国解韩国所不能解，领先的不止一大步。

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