時間:2003年1月2號。
地點(diǎn):北京。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院,簡稱國科大,材料學(xué)院。
元旦的第二天,和往常一樣,博士研究生盧強(qiáng)一大早來到實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備開始他的實(shí)驗(yàn)之旅。
走進(jìn)研究所,門口旁邊保衛(wèi)室的保安大叔忽然叫住了他,“盧強(qiáng)同學(xué),這里有一封傅衛(wèi)強(qiáng)教授的信,你處理一下吧。”
“哦,好的?!北R強(qiáng)應(yīng)道。
為什么寄給傅衛(wèi)強(qiáng)教授的信要交給盧強(qiáng)呢,其實(shí)這是有原因的,因?yàn)橹袊刑嗟拿耖g大科學(xué)家,就像數(shù)學(xué)學(xué)院那邊就經(jīng)常收到自稱證明了“哥德巴赫猜想”民間數(shù)學(xué)家的信,材料所這邊也是如此,經(jīng)常有來信,信的內(nèi)容異常興奮聲稱自己有重大發(fā)現(xiàn),什么碳變鉆石啊,發(fā)明了一種新物質(zhì)新材料啊。
原本剛回國內(nèi)教學(xué),一開始還有興趣拆開信封看的傅衛(wèi)強(qiáng)教授看了幾封之后就沒有再拆開這種信件,而是直接交給了學(xué)生處理。
對于盧強(qiáng)而言,這種信件簡直就是他枯燥實(shí)驗(yàn)室生活的調(diào)劑品,他還印象很深地記得去年收到的一封信,信里面的內(nèi)容照說應(yīng)該要寄到化學(xué)工程學(xué)院那邊去的,卻不知道為什么寄到了材料學(xué)院這邊來。內(nèi)容涉及一種汽車,不需要外界能量,只要依靠汽車在路上顛簸和摩擦的能量發(fā)電,將這些能量儲存起來就可以永久行走,后來那個民間科學(xué)家甚至還打電話過來學(xué)院,說要讓院長去見他,否則耽誤了他的重大成果要負(fù)責(zé),真是讓人哭笑不得,然而這種啼笑皆非的事情每天都在發(fā)生。
看來今天也不例外,就不知道又是什么新的發(fā)明,盧強(qiáng)接過信件,只見信封上的寄件地址寫著一個他不知道的地方--豐唄。
路上,盧強(qiáng)就把信件拆開看了,如他所料,果然又有新物質(zhì)被“發(fā)明”了,寫信的人說他成功從石墨中剝離出單層結(jié)構(gòu)的石墨烯。
石墨烯的概念盧強(qiáng)知道,他的父親是大學(xué)物理老師,母親則是大學(xué)的化學(xué)老師,自小就受到熏陶,在家人的影響下早早對物理產(chǎn)生了濃厚的興趣,所以什么雜七雜八的物理書籍都有看了點(diǎn)。
后來更是對材料學(xué)感興趣,在逸仙大學(xué)讀完本科后,他便考取了中國科學(xué)技術(shù)研究大學(xué)研究生院,然后幸運(yùn)的成為國內(nèi)材料學(xué)專家,知名教授傅衛(wèi)強(qiáng)的學(xué)生。
傅衛(wèi)強(qiáng)是國科大材料學(xué)院的教授,博士生導(dǎo)師。多年來從事納米材料的制備方法、納米材料微結(jié)構(gòu)及物性表征,曾經(jīng)在rb物質(zhì)材料研究所、德國馬普金屬所、加州伯克利分校從事研究工作。也曾在美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室納米中心擔(dān)任研究員。1999年回到國內(nèi),在國科大材料學(xué)院擔(dān)任博士生導(dǎo)師,目前的主要研究方向是新型碳材料中的高溫超導(dǎo)現(xiàn)象和不尋常拓?fù)洮F(xiàn)象,曾經(jīng)在nature、sce等雜志發(fā)表論文超過100篇,文章被他人引用約7000次。
在導(dǎo)師傅衛(wèi)強(qiáng)的指引下,因此盧強(qiáng)對此領(lǐng)域也充滿了興趣,也很積極努力的吸取這一領(lǐng)域的各種知識。
對于碳這物質(zhì),盧強(qiáng)比大多數(shù)人都懂,也對它十分的著迷,碳是自然界分布非常普遍的一種元素,它的分布十分廣泛,以各種形式在自然界中存在著。
地球上的生命都是以碳元素為基礎(chǔ)的,碳元素是生命的骨架。從某種程度上說,材料學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程——有機(jī)化學(xué)其實(shí)就是碳的化學(xué),它已經(jīng)有了很長的發(fā)展歷史,為塑料、橡膠和纖維三大合成材料奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),幫助人類創(chuàng)造了一個絢麗多彩的世界,極大地方便了人類的生產(chǎn)生活;也為新藥物的合成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),成了人類健康的保護(hù)神。
碳元素的最大特點(diǎn)之一是存在著眾多同素異形體,如人們熟悉的金剛石和石墨,前些年發(fā)現(xiàn)的卡賓,以c60為代表的富勒烯和碳納米管等。
為什么盧強(qiáng)會對碳元素如此著迷,因?yàn)樵谒磥?,這些由碳組成的材料的特性幾乎可涵蓋地球上所有物質(zhì)的性質(zhì)甚至相對立的兩種性質(zhì),如從最硬到極軟、全吸光到全透光、絕緣體到半導(dǎo)體到導(dǎo)體、絕熱到良導(dǎo)熱、高臨界度的超導(dǎo)體等。
為什么碳元素會是如此的神奇呢?答案就在其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)上,碳元素是六號元素,其原子最外層有四個價電子,c原子除了可以sp3雜化軌道形成單鍵外,還能以sp2及sp雜化軌道形成穩(wěn)定的雙鍵和叁鍵,可以和各種原子形成花共價鍵,從而形成許許多多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。
石墨就是其中一種,而來信內(nèi)容上所說的石墨烯一層層堆積最后便形成了石墨,碳納米管其實(shí)質(zhì)就是卷曲的石墨烯結(jié)構(gòu)。
走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,里面有人來得比盧強(qiáng)更早,也是傅衛(wèi)強(qiáng)所帶的博士生,北京人,全名劉全志,31歲,雖然比盧強(qiáng)大兩歲,但是極其逗逼。
劉全志見到盧強(qiáng)拿著信封,立馬嘿嘿笑道,“這次又有什么新產(chǎn)品新發(fā)明出來了?”
“石墨烯!”盧強(qiáng)笑道。
“靠,這發(fā)明給力,和我小學(xué)水平差不多,我小學(xué)一年級那會就能制作石墨烯了,那個時候我的小jj就跟我現(xiàn)在的頭一樣光滑?!眲⑷久嗣呀?jīng)快禿完的頭,無奈的道。
小學(xué)那會大家都用鉛筆寫字,盧強(qiáng)知道用鉛筆寫字時極輕微的用力就可以將單層的石墨片層剝離下來形成石墨烯。
“嘿嘿,人家可不是小學(xué)水準(zhǔn),他說的可是單層的石墨烯!”盧強(qiáng)回答道。
“厲害啊,還單層的石墨烯,那不就是二維材料嗎?有沒有說用什么神奇的方法?。恐苯哟祮??”劉志全說完立馬大笑起來。
一直以來,科學(xué)家們就認(rèn)為,單層的石墨烯是不可穩(wěn)定能存在的。因?yàn)閷⑹氖蟿冸x下來的力足以破壞石墨烯的結(jié)構(gòu),而且固體的熔點(diǎn)隨著粒子粒度的減小是要大大降低的,當(dāng)減小到幾個原子層厚時,固體將熔化。
另外,在二維晶體中由于內(nèi)能的存在,使原子的振動幅度很大,因此原子的錯位將相當(dāng)嚴(yán)重的,這將導(dǎo)致原子與未與它成鍵的原子間的距離的大小和與它成鍵的原子間的距離的大小幾乎相同,因此不能保持單層的結(jié)構(gòu)。
“人家可是用膠紙粘出來的單層石墨烯?!?br/>
“什么膠紙這么牛逼?”
“沒說,估計(jì)應(yīng)該比502粘性更強(qiáng)!不過這次寫信的還蠻自信的,不僅僅有理論,還把他粘出來的‘石墨烯’也寄過來了。呃,在哪呢?怎么沒看到?咦?”盧強(qiáng)把信封開口朝下,然后只見一小片邊長只不到2cm的無色透明薄膜從信封里面滑倒盧強(qiáng)手掌心,若不是有微微的反光,盧強(qiáng)都察覺不到,而且輕得仿佛沒有重量。
“這是塑膠膜嗎?”
“什么東西,拿過來讓我用顯微鏡看看?!眲⒅救闷娴氐馈?br/>
“你無不無聊???等會讓導(dǎo)師知道你那原子力顯微鏡看這東西,你估計(jì)又得挨罵了?!北R強(qiáng)翻了翻白眼,這原子力顯微鏡雖然不算是實(shí)驗(yàn)室里面比較貴重的儀器,但是導(dǎo)師傅衛(wèi)強(qiáng)一直強(qiáng)調(diào)任何一件儀器的使用都需慎重,只是劉志全性格比較跳,不過如此性格還能一直留在實(shí)驗(yàn)室里,從某種程度上又說明了他的靈性和能力。
“這不是我的研究方向遇到瓶頸了嗎,得找點(diǎn)事來樂呵樂呵才行。”
“真服了你,拿去吧?!?br/>
十幾分鐘后,忽然劉志全大叫了一聲,“我草?!?br/>
已經(jīng)做實(shí)驗(yàn)的盧強(qiáng)都被嚇得手一抖,差點(diǎn)失誤了。
這個時候,恰好傅衛(wèi)強(qiáng)也走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,剛好就聽到劉志全的喊叫,他皺了皺眉,嚴(yán)肅地道,“劉志全,都跟你說過多少次了,實(shí)驗(yàn)室里面盡量保持安靜,不要喧嘩吵鬧。”
雖然被傅衛(wèi)強(qiáng)罵,但是此刻的劉志全沒有在意,手舞足蹈激動地對著導(dǎo)師道,“教授,你來看下,真是單層結(jié)構(gòu)的石墨烯!”