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诺奖石墨烯问题再释疑

已有 6502 次阅读 2010-11-9 22:31 |个人分类:石墨烯|系统分类:论文交流| 诺贝尔, 科学家, 半导体, 大尺度, 六边形

 

2010年诺贝尔物理奖的公告中很多对于石墨稀的宏观应用预测,如石墨稀吊床等是不真实的,应该打假;但对于石墨稀微观性能研究还应继续深入,比如半导体器件等研究。

广为传播的网上石墨烯由多个正六边形组成的图案,是想当然的图案,因为边界处碳原子与两个碳原子连接,键长短强度大,而石墨烯内部碳原子与三个碳原子连接,键长长强度小,两者以现有试验数据,就可知化学键能差距约在40%左右(注意有误差,但差距明显不容否认),石墨烯边界处碳碳之间和内部碳碳之间,是不同的化学键在相互连接。这点得到了包括前诺奖得主在内的多位科学家认同。

石墨烯的特异性是依靠其边界而存在的,我们提出边界碳原子的色散作用导致石墨烯可以存在的微观结构本质原因。

为了方便大家理解,石墨烯之所以存在,实际是打个比方来说就像一个网球拍,这个网是固定在一个由收紧的边界“箍”上,而这个“箍”所能施加的色散应力是有限的,一旦这网变大,网中间的碳原子自有振动受到约束力会越来越小,一旦其振动超出化学键作用范围,这个网必然破损。石墨烯不能制备很大道理与此类似。这样比喻更形象,仅是为了向大家介绍采用。实际物理机理还要考虑的势函数和电子轨道分布的影响(实际这些理论本身误差也很大,目前可用的数据准确性差, 所以不罗列这些公式计算了,这些计算结果误差大,但不影响结论),主要是利于大家理解这一问题。

诺奖研究者的很多结论和预期应用并不能推广到宏观尺度。根据其结果,因为热门,所发表的研究很多,但并未考虑到实际随着尺寸增大,其研究对象性质已经起了很大变化。诺奖和其后续很多研究者应当是忽视了这一问题。很多其材料研究存在跟风盲目的错误。

这一结论,不仅限于石墨烯,对于其他纳米材料也是一样的。十几纳米陶瓷粉体,可以在其熔点一半左右的温度成瓷,而微米级陶瓷粉体无法实现这一点,要到接近熔点温度才可以实现,这充分说明晶界的作用,固体材料纳米尺度与宏观尺度最大的物质结构差别之一就在于界面在其中的所占比例大小,换言之是界面化学键对于整个纳米结构都存在影响的尺寸,才是纳米材料的定义尺寸,对于每一种物质包括其同分异构体都会是不同的。除此之外,我们在其他纳米材料研究中,也测试到随着尺寸增大,在小于某一尺寸时,粉体地一些性质发生近似非线性的变化。



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