在2011年開始,大家會發現不但是手機要有觸控式螢幕,桌上型電腦和筆記型電腦也開始將觸控式螢幕作為主要配備之一,未來的螢幕不但越來越薄,也越來越輕;這或許都要歸功於發現可以利用簡單的方式來製造石墨烯(graphene)的蓋姆(Andre Geim)與諾伏西羅夫(Konstantin Novoselov)。他們兩人於2004年製成石墨烯材料,透過他們的「二維材料石墨烯所做的突破性實驗」研究結果,石墨烯迅速成為物理學和材料學的熱門話題,這種形式的碳更被推崇將成為下個世代的超級材料。因此,2010年的諾貝爾物理獎就由這兩位學者共同獲獎。
什麼是石墨烯(graphene)?
石墨烯(Graphene),又稱單層石墨,是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。它是以碳的一種存在形式,幾乎透明,卻極為緻密,厚度僅有一個碳原子,是目前世界上最薄的材料。
石墨烯的硬度比鋼強100倍,延展性可達20%。由於密度極小僅0.77 mg/m2。假設有一張面積為1平方公尺的石墨烯吊床,其重量還不到1毫克而已。再加上石墨烯傳導速度比矽更快,若與塑膠混合,可望形成導體,用於輸送電子,同時具備更強的機械性能和耐熱性能。加上石墨烯的導電性與透光性良好,所以也被視為未來優良導體的最佳材料。同時,這種材料可適用觸控螢幕以及光學領域,並能催生更薄、更具靈活度且重量更輕的複合材料。
石墨烯的相關研究
而石墨烯的應用因為蓋姆(Andre Geim)和諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)創造了突破型的撕裂法而更容易為產業應用而大放異彩。透過撕裂法將石墨分離成小的碎片,從碎片中剝離出較薄的石墨薄片,然後用膠帶粘住薄片的兩側,撕開膠帶,薄片也隨之一分為二,不斷重複這一過程,最終得到了截面約100微米的、只有單層碳原子的石墨烯。
關於石墨烯的相關研究,我們可以利用研究物理學必備的IOP(Institute of Physics)資料庫來查詢。好比,蓋姆(Andre Geim)發表過"From Graphene to Carbon Fibres: Mechanical Deformation and Development of a Universal Stress Sensor"、"Dissipative Quantum Hall Effect in Graphene near the Dirac Point"、"Born-Oppenheimer Breakdown in Graphene";而諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)也發表了"Graphene under hydrostatic pressure"等的研究資料,都有助於我們一窺兩位學者在石墨烯的研究成果。
當然,透過IOP我們也可以查見到其他學者的研究成果,以石墨烯(Graphene)可以查詢到1,591筆的Full-text、2,023筆的e-prints、41筆的News and analysis等豐富的研究資料與成果,可見石墨烯在物理學領域的研究已經逐漸成為備受關注的研究主題。
現在,石墨烯已被證實是世界上最薄也最堅固的材料,既強韌又可撓,而且具備良好的導熱與導電性。這些獨一無二的特性,使得石墨烯在微電子領域具有巨大的應用潛力。
石墨烯傳導速度比矽更快,可作為導體,應用於電腦製造,可提升電腦運作速度,也可用作太陽能電池或觸控螢幕的透明電極。另外,石墨烯看作是矽的替代品,能用來生產未來的超級電腦、功能更大的手機、更輕的飛機、透明觸控螢幕、超級防彈衣可能都要靠它。 (圖片來源:聯合報)因此,石墨烯被普遍認為會最終替代矽,從而引發電子工業革命,成為這個世紀最備受矚目的超級材料。
蓋姆(Andre Geim)與諾伏西羅夫(Konstantin Novoselov)在IOP發表的文獻:
什麼是石墨烯(graphene)?
石墨烯(Graphene),又稱單層石墨,是一種由碳原子以sp2混成軌域組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。它是以碳的一種存在形式,幾乎透明,卻極為緻密,厚度僅有一個碳原子,是目前世界上最薄的材料。
石墨烯的硬度比鋼強100倍,延展性可達20%。由於密度極小僅0.77 mg/m2。假設有一張面積為1平方公尺的石墨烯吊床,其重量還不到1毫克而已。再加上石墨烯傳導速度比矽更快,若與塑膠混合,可望形成導體,用於輸送電子,同時具備更強的機械性能和耐熱性能。加上石墨烯的導電性與透光性良好,所以也被視為未來優良導體的最佳材料。同時,這種材料可適用觸控螢幕以及光學領域,並能催生更薄、更具靈活度且重量更輕的複合材料。
石墨烯的相關研究
而石墨烯的應用因為蓋姆(Andre Geim)和諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)創造了突破型的撕裂法而更容易為產業應用而大放異彩。透過撕裂法將石墨分離成小的碎片,從碎片中剝離出較薄的石墨薄片,然後用膠帶粘住薄片的兩側,撕開膠帶,薄片也隨之一分為二,不斷重複這一過程,最終得到了截面約100微米的、只有單層碳原子的石墨烯。
關於石墨烯的相關研究,我們可以利用研究物理學必備的IOP(Institute of Physics)資料庫來查詢。好比,蓋姆(Andre Geim)發表過"From Graphene to Carbon Fibres: Mechanical Deformation and Development of a Universal Stress Sensor"、"Dissipative Quantum Hall Effect in Graphene near the Dirac Point"、"Born-Oppenheimer Breakdown in Graphene";而諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)也發表了"Graphene under hydrostatic pressure"等的研究資料,都有助於我們一窺兩位學者在石墨烯的研究成果。
當然,透過IOP我們也可以查見到其他學者的研究成果,以石墨烯(Graphene)可以查詢到1,591筆的Full-text、2,023筆的e-prints、41筆的News and analysis等豐富的研究資料與成果,可見石墨烯在物理學領域的研究已經逐漸成為備受關注的研究主題。
現在,石墨烯已被證實是世界上最薄也最堅固的材料,既強韌又可撓,而且具備良好的導熱與導電性。這些獨一無二的特性,使得石墨烯在微電子領域具有巨大的應用潛力。
石墨烯傳導速度比矽更快,可作為導體,應用於電腦製造,可提升電腦運作速度,也可用作太陽能電池或觸控螢幕的透明電極。另外,石墨烯看作是矽的替代品,能用來生產未來的超級電腦、功能更大的手機、更輕的飛機、透明觸控螢幕、超級防彈衣可能都要靠它。 (圖片來源:聯合報)因此,石墨烯被普遍認為會最終替代矽,從而引發電子工業革命,成為這個世紀最備受矚目的超級材料。
蓋姆(Andre Geim)與諾伏西羅夫(Konstantin Novoselov)在IOP發表的文獻:
- Berry, M. V. and A. K. Geim (1997). "Of flying frogs and levitrons." European Journal of Physics 18(4): 307.from http://stacks.iop.org/0143-0807/18/i=4/a=012
- Beton, P. H. and et al. (1994). "Resonant tunnelling quantum dots and wires: some recent problems and progress." Semiconductor Science and Technology 9(11S): 1912.from http://stacks.iop.org/0268-1242/9/i=11S/a=010
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- Mikhailov, G. M. and et al. (2000). "The edge and bulk electron state dominated magnetotransport in multi-terminal single-crystalline refractory metal nanostructures." Nanotechnology 11(4): 379.from http://stacks.iop.org/0957-4484/11/i=4/a=337
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- Yu, E. L. and et al. (2008). "Collective electron phenomena and electron transport in graphene Scientific Session of the Physical Sciences Division of the Russian Academy Of Sciences (27 February 2008)." Physics-Uspekhi 51(7): 727.from http://stacks.iop.org/1063-7869/51/i=7/a=M00
- 出版社:Institute of Physics
- 內容屬性:電子期刊
- 適用對象:物理系、材料科學系、數學系、生物科技學系、電子電機工程學系、機械工程學系、
- 試用申請:products@flysheet.com.tw
- Graphene - Wikipedia, the free encyclopedia
- Breakthrough in developing super-material graphene
- Electronic Structure of Graphene
- Controlling Graphene's Electronic Structure
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特約作者 | Nicky 提供
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