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由今年诺贝尔物理学奖和化学奖引出的研究课题
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由今年诺贝尔物理学奖和化学奖引出的研究课题
瑞典皇家科学院，2010年10月，
5日宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈-海姆(Andra Geim,)和康斯坦丁-诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，以表彰他们在二维结构单层碳原子，石墨烯，材料方面的卓越研究。
6日宣布，将2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家美国特拉华大学的理查德?赫克(Richard F. Heck)和日本科学家美国普渡大学的根岸荣(Ei-ichi Negishi)和北海道大学名誉教授铃木章(Akira Suzuki)，以表彰他们在发展了钯催化交叉偶联，使稳定的碳原子连接起来，极大地促进了制造复杂有机分子碳基化学物质的可能性。
这两项诺贝尔奖都是与碳原子有关的研究工作。
碳原子是稳定的，彼此间不易起反应。为了创造复杂化学物质，需要将多个碳原子连接起来。
化学家最初使碳原子连接的方法，是多种可令碳更具活性的技术。
这些方法在制造单个分子时还很管用，但当合成更复杂的分子时，就往往会得到许多不必要的副产品杂质。
钯催化交叉偶联解决了这个问题，而为化学家提供了一种更为精确和有效的工具。
Heck反应、Negishi反应及Suzuki反应中，碳原子在一个钯原子催化作用下， “互相亲近”就化学反应，而彼此连接起来。
钯催化交叉偶联不仅为全世界研究人员所用，也应用到例如，医药品和电子工业所用的一些分子产品。
天然形成的碳晶体有两种结构，即：
4个碳原子组成的4面体的钻石结构，和6个碳原子组成的2维6边形的石墨烯结构，但是，通常的石墨是多个小片石墨烯，多层叠合而成。
通常的钻石有很高的强度；而通常的石墨却是容易依层剥离的柔软物质。
但是，制备出的石墨烯材料，却具有非凡的属性。
它是二维结构单层碳原子材料，
强度比钻石还高，相当于钢的100倍，
导电性能好、导热性能强，具有比硅高得多的载流子迁移率(200000cm2/Vs)，
其中电子的运动速度可达到光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
尽管只有单层原子厚度，却有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。
碳纳米管，只是相当于由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。
这就使我们提出一个重要的研究课题：
碳原子组成的晶体结构及其形成物理特性的机理。初步设想如下：
石墨烯晶体的元胞是6个碳原子组成的2维结构。
每个碳原子有4个外层价电子，分别与其最近邻的3个碳原子相键接，各对碳原子间键接
的价电子如何分配？
应考虑到各个原子核和电子云间相互作用力的平衡分布条件。
考虑1个碳原子与其最近邻的3个碳原子和它们平均共有的1个外层价电子的电子云，间的相互作用。
按《时空可变系多线矢物理学》可知：各原子核间和原子核和电子云间的相互作用都是远程的相互作用，即通常的电磁相互作用，
由石墨烯晶体的元胞结构，可设:
中心的1个碳原子位于坐标原点(0,0)处，
与其最近邻的3个碳原子中，1个位于(0,a)，
另两个分别位于：(-3^(1/2)a/2,-a/2), (3^(1/2)a2,-a/2),
电子云的电子数密度分布为n(x,y)可由4维时空相宇，统计的最可几分布函数表达。
于是，可按《时空可变系多线矢物理学》具体计算各碳原子间的结力学、电磁学、光学等物理科特性及其变化规律。
类似地，对钻石结构作相应的计算
并与实际观测结果和数据对比、分析，以研究有关机理与应用途径。
热诚欢迎网友批评指正、建议、讨论。
https://blog.sciencenet.cn/blog-226-371128.html
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瑞典皇家科学院，2010年10月，
5日宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈-海姆(Andra Geim,)和康斯坦丁-诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，以表彰他们在二维结构单层碳原子，石墨烯，材料方面的卓越研究。
6日宣布，将2010年诺贝尔化学奖授予美国科学家美国特拉华大学的理查德?赫克(Richard F. Heck)和日本科学家美国普渡大学的根岸荣(Ei-ichi Negishi)和北海道大学名誉教授铃木章(Akira Suzuki)，以表彰他们在发展了钯催化交叉偶联，使稳定的碳原子连接起来，极大地促进了制造复杂有机分子碳基化学物质的可能性。
这两项诺贝尔奖都是与碳原子有关的研究工作。
碳原子是稳定的，彼此间不易起反应。为了创造复杂化学物质，需要将多个碳原子连接起来。
化学家最初使碳原子连接的方法，是多种可令碳更具活性的技术。
这些方法在制造单个分子时还很管用，但当合成更复杂的分子时，就往往会得到许多不必要的副产品杂质。
钯催化交叉偶联解决了这个问题，而为化学家提供了一种更为精确和有效的工具。
Heck反应、Negishi反应及Suzuki反应中，碳原子在一个钯原子催化作用下， “互相亲近”就化学反应，而彼此连接起来。
钯催化交叉偶联不仅为全世界研究人员所用，也应用到例如，医药品和电子工业所用的一些分子产品。
天然形成的碳晶体有两种结构，即：
4个碳原子组成的4面体的钻石结构，和6个碳原子组成的2维6边形的石墨烯结构，但是，通常的石墨是多个小片石墨烯，多层叠合而成。
通常的钻石有很高的强度；而通常的石墨却是容易依层剥离的柔软物质。
但是，制备出的石墨烯材料，却具有非凡的属性。
它是二维结构单层碳原子材料，
强度比钻石还高，相当于钢的100倍，
导电性能好、导热性能强，具有比硅高得多的载流子迁移率(200000cm2/Vs)，
其中电子的运动速度可达到光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
尽管只有单层原子厚度，却有相当的不透明度：可以吸收大约2.3%的可见光。
碳纳米管，只是相当于由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。
这就使我们提出一个重要的研究课题：
碳原子组成的晶体结构及其形成物理特性的机理。初步设想如下：
石墨烯晶体的元胞是6个碳原子组成的2维结构。
每个碳原子有4个外层价电子，分别与其最近邻的3个碳原子相键接，各对碳原子间键接
的价电子如何分配？
应考虑到各个原子核和电子云间相互作用力的平衡分布条件。
考虑1个碳原子与其最近邻的3个碳原子和它们平均共有的1个外层价电子的电子云，间的相互作用。
按《时空可变系多线矢物理学》可知：各原子核间和原子核和电子云间的相互作用都是远程的相互作用，即通常的电磁相互作用，
由石墨烯晶体的元胞结构，可设:
中心的1个碳原子位于坐标原点(0,0)处，
与其最近邻的3个碳原子中，1个位于(0,a)，
另两个分别位于：(-3^(1/2)a/2,-a/2), (3^(1/2)a2,-a/2),
电子云的电子数密度分布为n(x,y)可由4维时空相宇，统计的最可几分布函数表达。
于是，可按《时空可变系多线矢物理学》具体计算各碳原子间的结力学、电磁学、光学等物理科特性及其变化规律。
类似地，对钻石结构作相应的计算
并与实际观测结果和数据对比、分析，以研究有关机理与应用途径。
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