石墨烯实验中无意发现 金刚石竟被水“刮伤”
加入时间：2019-04-03 10:16:17 阅读人数:741
金刚石是世界上最坚硬的物质，往往用来做切割钻头或琢磨成闪闪发亮的钻石，本地一名女博士生在对新兴材料石墨烯做实验时无意发现，原来无坚不摧的金刚石竟能被水“刮伤”。
新加坡国立大学综合科学及工程研究生院博士生林易萱(26岁)是在研究石墨烯(graphene)的导电性质时取得这个意外收获，她原本想将薄薄的石墨烯借着水放到金刚石薄片上，再加热超过400摄氏度，结果发现金刚石的表面已被水分子蚀刻成一个个孔洞。
这个重大发现为水和有机物质提供融合的可能性，更让人对材料界新宠石墨烯(graphene)的用途有了新认识。
林易萱对这个“水能穿石”的发现兴奋不已，她继续追踪，发现原来石墨烯在金刚石表面形成密不透风的泡泡，裹在泡泡里的水分子在高温和高压下，能转变为超临界流体(super critical fluid)。
在这样的状态下，水既非液体也非气体，水分子的组成部分——氧原子和氢原子之间的黏合力，或称键(bond)会变得脆弱，比较能跟金刚石中的碳键(carbon bond)结合。
简单来说，就是水分子能溶解金刚石表面，这个发现带来的启示是，既然碳是有机物中最重要的组成部分，水在这种情况下也可能溶解别的有机废料。
林易萱的成果发表在《自然通讯》(Nature Communications)期刊。
石墨烯是人们熟悉的铅笔芯原材料石墨(graphite)剥离层，只由一层碳原子组成六角形蜂巢晶格，相当于一个二维体。这层晶体的厚度只有0.335纳米，把20万片叠在一起也仅一根头发丝厚，由于太过微薄，这层晶体须由玻璃或人造聚乙烯片承载。
虽然石墨和金刚石都是纯碳物质，但是两者的碳原子以不同方式排列，石墨柔软，金刚石坚硬。
石墨烯具各种电子产品所需的性能优点于一身，比如透明、可弯折加导电性高，问题是它难以剥离成单片晶体。
2004年，英国曼彻斯特大学的海姆(Andre Geim)和诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)首次成功分离出只有一个碳原子厚度的单层石墨薄片，震惊科学界，他们还获得2010年诺贝尔物理学奖。与此同时，科学界和电子产品公司竞相将这层薄片商业化。
除了这项研究，国大也在积极探索石墨烯的其他潜在用途，并为此在理学院成立石墨稀研究中心(Graphene Research Centre)。
该中心的奥兹伊马斯(Barbaros Ozyilmaz)助理教授介绍，目前用在智能手机的触屏材料主要是氧化铟锡(Indium Tin Oxide)，这种材料的缺点是易碎、不能弯曲，而且主要产地中国面对材料日益缺稀的问题，跟这相比，石墨烯是更优越的替代品。他也在研究石墨烯在加速细胞组织生长中扮演的角色。
他说：“除了石墨烯，目前似乎没有第三种透光度、导电性和韧性都高的材料，而且原材料随处都是，现在的挑战就是大量制作石墨烯片。”