http://www.physorg.com/news135959004.html
July 22, 2008
(PhysOrg.com) -- Columbia 大學 Fu Foundation School of Engineering and Applied Science 的研究科學家實現了一項突破性進展，證明碳材料石墨薄片（graphene，石墨烯）是至今所測量過強度最高的材料。
石墨薄片具有很大的希望能發展奈米等級裝置與設備。它由單層單層石墨原子以六角形晶格排列而成，類似蜂巢。身為一種二維材料，每個原子都暴露在表面。它構成使用在網球拍中與其他耐久產品中之石墨纖維的基礎。當捲捲繞後，相當有用的微小管狀物稱為奈米碳管（nanotubes）就被製造出來了。
直到目前為止，石墨薄片的估計強度、彈力與破裂點是基於複雜的電腦模擬理論。實驗室測試因為二種主要實驗挑戰而陷入困境：在物理上緊抓石墨薄片樣本以測量它們受力延長之複雜性；以及製作夠小的樣本使其不具瑕疵之困難性。
"我們的團隊透過創造出小到不足以產生瑕疵的樣本避免掉大小這個問題，" 哥倫比亞教授 Jeffrey Kysar 說。
這項研究由博士後研究者 Changgu Lee 以及畢業生 Xiaoding Wei，在機械工程教授 Kysar 與 James Hone 的研究小組中完成。這些發現發表在最新一期 Science 上。
"我們的研究確立石墨薄片是至今所測量過，強度最大的材料，比結構鋼要強大約 200 倍，" Hone 說。"那得要讓一隻大象站在一根鉛筆上，才能刺破像 Saran Wrap（保鮮膜）那樣厚的一層石磨薄片。"
該團隊從較大的石墨結晶上挑出微小的石墨薄片樣本。這些剛創造出來的、二維的樣本接著置於蝕刻在矽表面的小圓孔上，以創造出只有一個原子厚的微小圓形薄膜。石墨薄片因為原子間的吸引力會黏在矽上面。
科學家以一個有鑽石尖端（半徑只有 200 億分之一公尺）的原子力顯微鏡推動薄膜中心，藉此測試薄膜的強度。沒有瑕疵的樣本，每一個直徑約 1 微米，讓科學家能測試彈性與破裂點特性。科學家在 23 個不同的薄膜上測得超過 67 個測試值。
"到目前為止，仍未有一套決定性的實驗，讓人們能驗證電腦模擬，那從張力到破裂點塑模材料的物理特性，" Kysar。"那很重要，因為那是各類型材料的基本參數。"
"空軍相較於現在的 20 年，想要在一個 5 年的週期內引介新材料，所以能夠預測一種新材料的物理特性在最極端的環境下如何失去作用，將使得它花更少的時間與金錢來發展，同時有更好的材料給日常生活使用。"（後略譯）
※ 相關報導：
＊ Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;321/5887/385
Changgu Lee, Xiaoding Wei, Jeffrey W. Kysar, James Hone＊ 愈小愈強 -- 現在科學家知道為何如此
Science 18 July 2008: Vol. 321. no. 5887, pp. 385 - 388
DOI: 10.1126/science.1157996
＊ 一種在釕上生長石墨薄片的聰明方法
＊ 「超級紙」：新奈米紙比生鐵更抗斷裂
＊ 創造強韌金屬玻璃複合材料的新方法
沒有留言:
張貼留言