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材料科學(xué)與工程公眾號(hào)曾經(jīng)發(fā)布過(guò)一篇文章：

揭秘：石墨烯是這樣被首次實(shí)現(xiàn)的！全球科學(xué)家跪了……

大概講的是，研究人員在一層石墨上反復(fù)用膠帶粘貼，最終發(fā)現(xiàn)了石墨烯。石墨烯擁有許多優(yōu)良的屬性，比如它令人難以置信的強(qiáng)度、質(zhì)量和電學(xué)屬性。但并不是只有石墨烯具備這類屬性，其他一些二維材料也可以用于電氣應(yīng)用，有些可以結(jié)合石墨烯使用，也有些材料可單獨(dú)使用。

天然石墨烯

石墨烯具有很多優(yōu)勢(shì)，以及一些不同尋常的材料屬性。石墨烯的強(qiáng)度大約比鋼高 200 倍，同時(shí)電導(dǎo)率和導(dǎo)熱系數(shù)均高于銅。石墨烯具有高電導(dǎo)率和導(dǎo)熱系數(shù)的原因在于，它的室溫電子遷移率高達(dá) 15,000 cm2/(V-s)，在某些形式下甚至達(dá)到 200,000 cm2/(V-s)。并且，石墨烯非常輕，實(shí)際上，每平方米的重量不到 1 毫克。所有這些都使天然石墨烯成為制造 RF 晶體管和其他電子產(chǎn)品的不錯(cuò)選擇。

石墨烯，圖片由 AlexanderAIUS 提供

雖說(shuō)有上述優(yōu)點(diǎn)，但天然的石墨烯并非完全沒有缺點(diǎn)。天然石墨烯不像半導(dǎo)體材料那樣擁有帶隙（或電子激勵(lì)的臨界值），也就是說(shuō)您將無(wú)法關(guān)閉電流。眾所周知，能夠控制電流開關(guān)是制作邏輯器件的關(guān)鍵，這也是半導(dǎo)體硅被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的原因。

目前，我們可能還無(wú)法實(shí)現(xiàn)向石墨烯中引入帶隙的研究。也許可以通過(guò)在一層材料之上堆疊另一層材料，一層層堆疊下去，或?qū)⑵淝谐杉{米帶，從而引入帶隙；但據(jù)稱這樣會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響， 即降低電子速度。

其他二維材料

雖然石墨烯的研究和制造正在有條不紊地進(jìn)行中，也被研究人員廣泛討論著，但目前也存在一些尚未被我們充分發(fā)掘但同樣很有潛力的材料，它們可以單獨(dú)使用，也可以結(jié)合石墨烯使用。

氮化硼

雖然石墨烯中不存在帶隙，但氮化硼卻和鉆石一樣擁有非常寬的帶隙。雖然帶隙太大，不適宜用于電流開關(guān)，但它可以作為一種不錯(cuò)的絕緣體?？蒲腥藛T結(jié)合這種材料和石墨烯，在制作極薄的電路方面已經(jīng)取得了一些突破。

氮化硼

硅烯

作為石墨烯的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，硅烯是一種只有單層原子厚、同時(shí)可以在銀表面生長(zhǎng)的材料。硅烯擁有一些和石墨烯類似的材料屬性（例如無(wú)質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子），但同時(shí)還具有一些更加優(yōu)秀的特征，包括更低的對(duì)稱性組、更強(qiáng)的自旋-軌道耦合，它也許比石墨烯更適合與硅基電子器件集成。

硅烯，圖片由 Ayandatta 提供

錫烯

最近，研究人員使用仿真工具，結(jié)合錫的二維單分子膜和氟原子，制造了稱為錫烯的材料，它看上去與石墨烯非常像。研究人員預(yù)測(cè)，在室溫下，錫烯的邊緣能以 100% 的效率傳導(dǎo)電能，但內(nèi)部絕緣。預(yù)計(jì)它能夠以零電阻的形式支持 4 條數(shù)據(jù)通路，每條邊支持兩條傳播方向相反的通路。

換言之，人們認(rèn)為材料可以作為雙并行超導(dǎo)線纜。在電阻方面，這種新型材料與正常導(dǎo)體之間有一個(gè)很有意思的區(qū)別： 在常規(guī)導(dǎo)體中，更長(zhǎng)的線纜往往意味著更高的電阻；但在錫烯中，我們僅需關(guān)注末端與芯片電路接觸點(diǎn)產(chǎn)生的電阻，并且電阻不會(huì)隨線纜長(zhǎng)度變化。

研究人員仍在等待對(duì)這種新型材料的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，一旦驗(yàn)證完成，錫烯將會(huì)是繼石墨烯后的另一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。

石墨烯研究與二維玻璃的意外發(fā)現(xiàn)

從 2004 年石墨烯被發(fā)現(xiàn)的那一天開始，石墨烯的研究就已經(jīng)取得了重大的突破。gizmag.com 顯示，2012 年，人們?cè)谘芯渴r(shí)無(wú)意間發(fā)現(xiàn)了世界上最薄的玻璃。它僅有兩層原子厚，這是一項(xiàng)非常了不起的發(fā)現(xiàn)。

康奈爾的兩位研究人員利用化學(xué)氣相沉積在附著于石英基底的銅膜上生長(zhǎng)石墨烯時(shí)，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了這種二維玻璃。他們發(fā)現(xiàn)石墨烯層變色后，決定對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)變色的部分其實(shí)是單原子層的硅玻璃。雖然沒能復(fù)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果，研究人員推斷這類玻璃將有可能應(yīng)用于納米科技。

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文章來(lái)源：COMSOL

今日編輯：麥片

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