石墨烯的发展历史,争议和诺贝尔奖

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石墨烯是一种广泛宣传的碳原子二维基质,排列在蜂窝状晶格中,是人类已知的最轻,最强,最薄的材料,也是迄今为止发现的最好的导热和导电材料 - 而且这个名单并没有就此结束。石墨烯是不懈研究的主题,被认为能够彻底改变整个行业,因为研究人员假设许多潜在的石墨烯材料和应用。

Andre Geim和Kostya Novosolov诺贝尔奖获奖照片

安吉尔·盖姆爵士和克斯特亚·诺沃索夫爵士获得2010年诺贝尔物理学奖以来,石墨烯的激动飙升,“关于二维材料石墨烯的开创性实验”。Geim和Novoselov使用“透明胶带”方法从石墨中提取石墨烯,以获得一个原子厚度的石墨烯(或碳)。

虽然赢得这一着名奖项绝对是一个令人印象深刻的标志,但这并不是石墨烯首次站在科学关注的中心。石墨烯背后有着悠久的历史,事实上,自十九世纪以来,石墨烯一直处于意识之中。英国化学家Benjamin Collins Brodie早在1859年就已经在伦敦皇家学会的哲学交易中报道了石墨的原子量,因此认识到热还原氧化石墨的高度分层性质。此后进行了大量额外的石墨烯研究,PR华莱士的1947年作品就是一个很好的例子 - 他预测了电子结构,并注意到线性色散关系。

后来,在1962年,Boehm及其同事公布了他们在石墨片方面的工作细节。他们在1961年通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分离和鉴定单个石墨烯片。术语“石墨烯”在1987年首次用于描述单片石墨,并且它也用于碳纳米管的早期描述。在20世纪70年代早期,化学家们想出了如何将石墨烯单层中的碳沉积到其他材料上。


石墨烯薄片TEM(Boehm 1962)

Andre Geim,Konstantin Novoselov及其来自英国曼彻斯特大学的合作者以及Chernogolovka(俄罗斯)的微电子技术研究所于2004年10月在一篇描述制造,鉴定和制作的论文中介绍了石墨烯结构的结果。石墨烯的原子力显微镜(AFM)表征。他们使用简单的机械剥离方法从带有透明胶带的石墨晶体中提取薄石墨层,然后将这些层转移到硅衬底上。此外,他们设法将仅含有少量石墨烯的样品图案化到霍尔棒中并将电极连接到其上。

围绕诺贝尔委员会决定授予2004年石墨烯相关奖项,听到了许多声音,关于该领域历史的争议猖獗。一些科学家声称诺贝尔委员会的推理中出现了事实错误,因为它已经发布,网站随后也进行了更新。其他人认为该奖项为时过早,其他科学家的工作也许应该被纳入该奖项。一些研究指出了诺贝尔作品之前的相似或相互竞争的成就。

然而,诺贝尔委员会颁发了该奖项,以表彰开创性的实验,而不是石墨烯的“发现”。此外,许多人指出,诺贝尔石墨烯的独立性(与早期工作的支撑和粘合片相反)使其成为值得的。盖姆的诺贝尔奖演讲中他建议他和Novoselov 2004年的论文标志着第一次以完全明确的方式分离出单个原子碳层,他重复了已知的建议,即之前有一些理由认为石墨烯可能不稳定(在2004年之前,一些人认为石墨烯不存在于自由状态并且被认为是不稳定的。“这可能是为什么石墨烯被隔离花了这么长时间,”他说。上述参与石墨烯研究的科学家伯姆表示,他认为,诺贝尔委员会“尚未对这一决定进行过预期的关注”。但他仍然相信Geim和Novoselov对石墨烯的电子测量可以证明这个奖项是合理的。“这些肯定是新的,在很大程度上是意想不到的结果,”他说。

无论其复杂的历史如何,石墨烯都是一种具有巨大潜力的迷人材料,随着公司和研究人员不断努力设计生产,使用和应用石墨烯在日常产品中的技术,石墨烯逐渐成为现实。


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