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  • 神奇的碳基材料

    著名科幻小说《三体》中有这么一段惊心动魄情节,在一次以优雅的“古筝”为名的行动中,在柱子之间平行地扯上许多细丝(直径只有头发丝的十分之一),间距半米左右,利用纳米武器,直接将军舰切割开来。这些细丝正是那种叫‘飞刃’的纳米材料。而这种材料在现实中对应的就是碳纳米管。

    碳纳米管是一种什么材料?这种细到肉眼无法察觉,却能切割船体和人体如切豆腐般的纳米材料“飞刃”,有多少科学依据呢?

    碳,是人类中仅次于氧气的第二丰富的元素,人类认识碳的历史悠久。早在猿人时代,我们的祖先通过使用火便认识了木炭、骨炭等。不但碳的化合物种类很多,如碳酸盐、二氧化碳、煤炭、石油、天然气等。单单是碳元素单独组成的物质,也有很多种。

    首先我们来说一说金刚石,金刚石和碳一样都是由碳元素组成的,但这两个物质看起来如此对立,一个极硬,一个极软,一个完全透光,一个吸收所有的光,我们把同一种化学元素组成,但是排列方式不同,具有不同性质的单质叫做同素异形体。金刚石与碳则为同素异形体。金刚石一经琢磨,便具有很高的折射率和色散性,在光照下呈现霓虹般七彩,光芒四射,通常被作为爱情的象征,工业上用的最多的是人造钻石,用来切削,磨削,钻探。

    再来说另一种碳单质–石墨,人们所熟知的石墨,大概就是黑黑的、软硬适中的铅笔芯了,电池里面也是有石墨的,中国发现和利用石墨的历史悠久。从考古挖掘出来的甲骨、玉片、陶片发现,早在3 000多年前商代就有用石墨书写的文字。20世纪初期,用石墨制造电池和铅笔的技术传入中国,当时称为电煤和“笔铅”的石墨开始用于近代工业,推动了中国石墨采掘业的发展。

    石墨的结构和金刚石有很大的不同,石墨是一层一层的,每一层是由很多个正六边型组成。虽然层与层之间链接不稳固,但是单层的石墨非常坚固。如果把石墨的单层分离出来得到的材料那不是既有石墨的优点,又能避开石墨的缺点,想法总是很美好的,但实现非常的困难,相当于把材料的尺度缩小到单个原子的尺度,可以算是一种准二维材料,但英国曼彻斯特大学的2个物理学家,用一种非常简单的方法搞定了!!!

    究竟是什么方法呢,下期文章会和视频号内容同步更新,感谢您的观看,敬请期待!!

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