石墨烯 改变世界的超级材料

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——世界上最薄的物质，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最薄、最坚硬、导电导热性能优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“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。

布赖恩·克莱格，剑桥大学物理系毕业，写作范围涵盖光学、量子纠缠等，撰写过多本科普作品，包括《万有引力》《上帝掷骰子：量子纠缠，奇怪的科学现象》《宇宙大爆炸之前》《生态学》《无穷简史》。 克莱格是英国皇家艺术学院成员，其作品《生态学》曾获得2009年英国国际视觉传播协会号角奖，《无穷简史》曾入围英国皇家艺术学院图书奖。

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

     小实验“大”项目 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（Human Genome Project）国际组织和私人企业塞雷拉（Celera）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（CERN）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider,被誉为目前世界上优选的机器）研究团队宣布探测到了希格斯玻色子（Higgs Boson），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1000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（InternationalSpace Station）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。1 所以对比起来，两位来自曼彻斯特大学的物理学家凭着几块石墨、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世纪迄今为止拥有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。 说到曼彻斯特，这座城市一直有科学研究的传统，尤其是在原子研究领域一枝独秀。时光回溯到19世纪早期，正是在这里，约翰·道尔顿（John Dalton）提出了原子理论，改变了我们对物质的认知。近一个世纪后的1900年，人们在更名为曼彻斯特维多利亚大学（Victoria University of Manchester）的曼彻斯特欧文斯学院（Owens College）里修筑起了一座全新的物理学系建筑，它配备了当时最优选的除尘设施和通风系统，通过油浴过滤法为这所工业重镇的学校清洗着满是尘霾的空气，去除其中的烟尘。 而在曼彻斯特大学的同一个实验室中，先是有欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）发现了原子结构，继而有尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）参与创立了全新的量子力学理论（当然，其中还包含着多位科学家的杰出贡献），在认识原子内部结构上迈出了开创性的一步。自那以后，从焦德雷尔·班克天文台（Jodrell BankObservatory）的建立到艾伦·图灵（Alan Turing）在计算机科学上的突破，科学创新和进步的成果在曼彻斯特遍地开花。同样意义重大的发现还出现在曼彻斯特大学物理学系大楼里1，安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃瑟洛夫（Konstantin Novoselov）通过“星期五晚的实验”发现了神奇物质石墨烯，并开展了一系列探索其他超薄物质的研究，一切如同天意。 诺沃瑟洛夫出生于俄罗斯，他在荷兰内梅亨大学（Universityof Nijmegen）求学期间的博士生导师恰巧是海姆，两人因此结缘。诺沃瑟洛夫于2004年取得博士学位。同样出生于俄罗斯的海姆比他年长16岁，当时已因其古怪却不乏横向思维的科学研究项目在学界颇有名气，从关于青蛙和仓鼠的有名实验便可窥见一斑。 P2-4