石墨烯：改变世界的超级材料 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃瑟洛夫通过他们独特的“星期五晚的实验”开启了一场新技术革命。他们仅用透明胶带和一块石墨就分离出了石墨烯——世界上*薄的物质，只有一个原子的厚度。

两位物理学家的努力为他们赢得了2010年的诺贝尔物理学奖。现在，石墨烯及其他二维材料的应用已成为世界性的产业。

石墨烯是一种非常奇妙的物质。它是比任何金属都好得多的导体，兼具柔性和高透明度的特点，这使得制造柔性电子产品、能净化海水的分子筛、能监测健康状况的隐形文身等成为可能。而石墨烯基芯片在性能和功耗等方面都远优于相同制程的硅基芯片。以石墨烯为代表的超薄材料对世界的改变将会远超你我的预期！

《石墨烯 : 改变世界的超级材料》（“微百科系列·第二季”）一书全面介绍了人类目前发现的*薄、*坚硬、导电导热性能*良的新型二维碳纳米材料——石墨烯，如石墨烯的发现过程、基础结构、力学与电学特性，石墨烯及其同类二维晶体的创新应用及发展潜力，展现了石墨烯被誉为“新材料之王”、将“彻底改变21世纪”的科学依据，既有有趣的科学和技术细节，也涉及超薄材料产业的创新需求。

1　胶带里的答案

2　物质的本质

3　量子世界

4　新的纪元

5　其他超薄物质

6　超薄的世界

拓展阅读

布赖恩·克莱格（Brian Clegg），知名科普作家，毕业于剑桥大学物理系，撰写了多本畅销科普图书，主题涵盖宇宙学、无穷问题、量子理论等，如《宇宙大爆炸之前》《构造时间机器》《万有引力》《量子纠缠》。他的《无穷简史》《骰子世界》均入围英国皇家学会科学图书奖。他还是《自然》《卫报》《物理世界》等刊物的专栏作家、专题评论员。

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从科学家绘制出人类基因组工作草图、探测到希格斯玻色子到发现引力波，大量事实证明了，现代前沿科学研究项目几乎都要耗费大量人力、物力、财力才可能获得突破。可就有两位科学家不走寻常路，凭着几卷透明胶带和一块石墨就分离出了石墨烯——人类已知*薄的物质，赢得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是仅有一个原子厚度的超薄且具备高强度、高透明度、高导热性和优良电子特性的二维晶体材料，可以应用于从纳米级传感器到超级电容器、集成电路等的广阔领域。科学家预言它将掀起一场席卷全球的新技术新产业革命，彻底改变21世纪。

石墨烯这种超薄的二维材料为什么能有这么优异的性能？它的强度为什么能比金刚石还高？它的导电性为什么远超铜和银？它引领的碳电子学为什么有潜力取代硅电子学？从海姆和诺沃瑟洛夫这两位科学家开拓性的研究过程中，我们可以一探究竟。欢迎来到石墨烯的奇妙世界！

“懒蚂蚁”是重庆大学出版社打造的开放式科普图书品牌，内容涉及自然科学、社会科学和思维科学等领域，面向各年龄层的读者，特别是对世界充满好奇以及想给自己充电的读者们，着力于分享大千世界的各种科学知识、科学理念以及学科历史。

“微百科系列·第二季”是一套回顾与展望当代前沿科学发展概貌的系列科普图书，包括7个前沿科技主题，上及宏观的引力波、暗物质、暗能量，下至微观的希格斯玻色子、石墨烯，近有热门的大数据、火星探索，远有地球的星际冲撞之虑……本系列图书由科普畅销书《量子纠缠》的作者布赖恩·克莱格领衔打造，以短篇幅、精要素、趣解读的方式深入浅出介绍人类在上述科学领域的所思（研究历程）、所得（发展概况）、所悟（未来趋势），让读者从前沿科学的诸多可能性中感受科学、了解宇宙、畅想未来。

书摘插图

过去，科学家要么单枪匹马，要么寥寥数人，凭着一点聊胜于无的经费就能在实验室里捣鼓出令人惊叹的成果，第二次世界大战前的科学发现几乎无不如此。然而到了 21 世纪，前沿科学研究势必是要投入大量人力物力的，这早已成为人们下意识的观念。本书接下来讨论的内容将会颠覆这一认知。

我们先回顾一下2000年以来人类在科学上的重大突破。21世纪初，人类基因组工作草图耗时数年后终于在 2001 年得以发表，发布方人类基因组计划国际组织和私人企业塞雷拉基因公司为此分别投入了30亿美元和3亿美元。2013 年，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（被誉为目前世界上的机器）研究团队宣布探测到了希格斯玻色子，至今该研究项目耗资已超过 50 亿美元。

又比如，耗资 10 多亿美元兴建的激光干涉引力波天文台（LIGO），吸引了全世界范围内 1 000 多名科学家参与其中，并在 2016 年和 2017 年数次宣布探测到引力波。这样的投入不可谓不令人咋舌，但它与耗资超过千亿美元的国际空间站比起来也不过是小巫见大巫，更不用说后者尚未取得任何重大突破。

所以对比起来，两位来自曼彻斯特大学的物理学家海姆和诺沃瑟洛夫凭着几块石墨、几卷胶带和几乎可以忽略不计的预算能折腾出什么来呢？他们还真折腾出了些眉目——可能是 21 世纪迄今为止深远影响的科技突破。和上述动辄耗资数亿美元的科学研究项目对比起来，这个在曼彻斯特大学实验室里进行的超薄物质研究更具实用性，此外，它还拓宽并深化了我们对物理学和化学的认知。这是个微成本的小实验，却意义重大。

……

海姆说：“我们没有发明石墨烯，只是清楚地看到了一样在我们眼皮底下存在了500多年的事物。” 海姆和诺沃瑟洛夫的发现使他们在其后短短几年时间内将从超强材料、柔性电子材料到用于海水净化的分子筛都变为可能。……

海姆和诺沃瑟洛夫次用透明胶带剥离石墨烯时，它引人瞩目的特征就是它的厚度，真的太薄了，从侧面看不出来它的存在，而从上面看则是透明的。确切地说，石墨烯是一片只有一个原子厚度的物质，是已知薄的物质。这种薄薄的物质是以六边形晶格结构形成的一层碳，也就说它的厚度就是碳原子本身的厚度。

到底有多厚呢？一片石墨烯从上到下大约为0.3纳米，而1纳米是十亿分之一米。直观点说，石墨烯的厚度不及小病毒的六十分之一、普通细菌的三千分之一，普通纸张的三十万分之一，名副其实的“超薄”。虽然石墨烯非常坚固，但这么薄的材料通常需要支撑。它的坚固是指在水平方向上抗拉伸，但它在纵向上因为缺乏支撑而非常松散。目前，石墨烯样品的长度从几微米（千分之一毫米）到近一米不等。……