在忍受了漫的寒潮低溫后，前幾天京終于是迎了初雪，小的挨凍也終有了回報(bào)，必再?gòu)呐笥?“云玩雪”。不能玩雪挨凍是沒(méi)有義的！?。?聲）物理所景 | 攝影：黃水機(jī)除白皚皚的雪，單獨(dú)拿出片雪花來(lái)欣，也是一幅麗的圖案。片的雪花也美麗的圖案 | 圖片來(lái)源：pixabay等等，為什么提到雪都是正面看的圖案？為么鮮有從側(cè)觀察雪花的角？難道雪竟是二次元！01、雪花：努力長(zhǎng)成酷模樣當(dāng)人將目光投向花的圖案，會(huì)驚訝地發(fā)雪花的種類超出人類的象。早在上紀(jì) 30 年代，人們將花分為了 21 類，隨著時(shí)間的推移這個(gè)數(shù)字不增加，直到 2013 年，雪花已經(jīng)了 121 種分類。當(dāng) 121 種分類過(guò)于復(fù)，對(duì)于一般賞雪與研究說(shuō)，下圖中出的 35 種雪花的分便足夠具有表性。35 種雪花類型 | 圖片來(lái)源：snowcrystals.com很少有資料提雪花的厚度但我們可以單計(jì)算得到一數(shù)據(jù)。雪的直徑通常 0.05~4.6mm 之間，單個(gè)花的質(zhì)量在 0.2~0.5mg，考慮一片直徑 2mm、質(zhì)量為 0.4mg 的雪花，密度采用冰的度 0.92g / cm3，其厚度大約是 0.01mm，還不到一根頭發(fā)的厚度。直是厚度的 200 倍，難怪在研究雪時(shí)通常不考側(cè)面。當(dāng)然也不是絕對(duì)，例如在上列出的 25 種雪花類型種，像是棱形（simple prisms）、并柱形（twin columns）以及骨架形（skeletal forms）等形狀都三維形狀，這些雪花中花的厚度也不可忽略的在這么多形中，最常見(jiàn)形狀還是六星形。這個(gè)角星形的形可不是隨便的，它與水子的結(jié)構(gòu)有。一個(gè)水分由一個(gè)氧原和兩個(gè)氫原構(gòu)成，兩條有一定的角。當(dāng)水分子合成晶體時(shí)水分子的氧子會(huì)與其他分子的氫原形成氫鍵，種氫鍵結(jié)構(gòu)定了水分子成的晶體，觀上表現(xiàn)為角星形。當(dāng)含水蒸氣的氣遇到低溫境時(shí)，其中水蒸氣就會(huì)空氣中的塵為核心發(fā)生集，這樣的埃就是成核。水蒸氣首發(fā)生液化變小液滴，這就是雨水的源；如果溫足夠低，小滴會(huì)凝固成小的冰晶，晶首先是六柱的形狀，上冰晶生長(zhǎng)度更快，最就形成了六星形的雪花下。真實(shí)的晶生長(zhǎng)過(guò)程 | 圖片來(lái)源：參考資料 1在這個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，由氫鍵配對(duì)的響，水分子傾向于水平合，因此雪會(huì)在橫向生比較快，縱比較慢，形非常薄的六星形晶體。02、石墨烯：生來(lái)就在二元雪花雖然薄，但仍有幾個(gè)微米的度，大約是萬(wàn)個(gè)原子的級(jí)，考慮到在可以通過(guò) STM 直接操縱單個(gè)原，雪花顯然可以在縱向進(jìn)一步分割不是真正的紙片雪”。順便一提，準(zhǔn) A4 紙的厚度是 0.104mm，如果按這標(biāo)準(zhǔn)那大部雪花都可以是“紙片雪；而反過(guò)來(lái)，紙片還是厚了，所以后請(qǐng)不要再你們的二次老婆是“紙人”了。手狗頭）考慮現(xiàn)在大型加器的制造難，我們可以為單個(gè)原子徑就是材料寸的最小量。那如果說(shuō)種材料只有個(gè)原子的厚，而面積上很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)出厚度的量，那這種材豈不就是二材料？二維料存在嗎？然，比如 —— 石墨烯（Graphene）。話說(shuō)在 2004 年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué) Geim 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，用膠帶將石反復(fù)粘貼折，最后就可得到僅僅只一層碳原子材料，他們其命名為石烯。這一新料的發(fā)現(xiàn)開(kāi)了材料學(xué)研的新方向 —— 二維材料。時(shí)至今日二維材料的發(fā)以及產(chǎn)業(yè)仍在不斷進(jìn)。石墨烯最見(jiàn)的制備方就是前面提的，利用膠對(duì)石墨晶體接進(jìn)行剝離機(jī)械剝離法這一方法簡(jiǎn)快捷，得到石墨烯面積，實(shí)乃石墨薄膜研究必技能。（有件的小伙伴可以在家中試，只需要網(wǎng)上購(gòu)買一石墨單晶，后用膠帶撕一小片來(lái)，膠帶反復(fù)折最后按在硅上，放到光下就可以看比較薄的石烯。）利用械剝離法得的單層石墨 | 圖片來(lái)源：參考資 2機(jī)械剝離法從石墨晶出發(fā)，得到單層的石墨，是一種“上而下”的備方法。除機(jī)械剝離法外，還有液剝離法同屬自上而下制法?！白陨?下”制備法理在于，不石墨烯層之的相互作用范德瓦爾斯互作用，而一石墨烯層的碳原子之是通過(guò)共價(jià)結(jié)合。高中學(xué)知識(shí)告訴們，共價(jià)鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于德瓦爾斯相作用。因此以通過(guò)破壞間相互作用方式，從石晶體剝離得單層的石墨。既然有“上而下”的法，那自然有“自下而”方法。所“自下而上，便是從單碳原子出發(fā)不斷結(jié)合其碳原子，在底上橫向擴(kuò)面積，最終成單層石墨薄膜。（因這一過(guò)程材慢慢變大，好像在長(zhǎng)大樣，所以實(shí)室里制備材常常叫做“材料”。）墨烯生長(zhǎng)示圖，其生長(zhǎng)以分為幾個(gè)段：成核 —— 島生長(zhǎng) —— 島連接 —— 厚度增加。?那石墨烯為什會(huì)吸引這么人去研究呢當(dāng)然是因?yàn)?有著優(yōu)秀的質(zhì)。比如說(shuō)是已知強(qiáng)度高的材料之，并且有很的韌性；它導(dǎo)熱、導(dǎo)電能非常良好在熱、電領(lǐng)有廣闊的應(yīng)前景；從能的角度來(lái)看石墨烯有著拉克錐這一殊的能帶結(jié)，可以作為究量子霍爾應(yīng)的平臺(tái)。03、二向箔：維度不是愛(ài)，想買就能“在二維化過(guò)程中，三物體上的每點(diǎn)都按照精的幾何規(guī)則射到二維平上，以至于個(gè)二維體成原三維太空和三維人體兩張最完整精確的圖紙其所有的內(nèi)結(jié)構(gòu)都在平上排列出來(lái)沒(méi)有任何隱，但其映射程與工程制完全不同，視覺(jué)上很難想象復(fù)制原的三維形狀”二向箔，詩(shī)意的名字給人們最大震撼，直接宇宙的維度行操縱，實(shí)真正的“降打擊”。《體》一書(shū)中細(xì)描述了在向箔作用下太陽(yáng)系進(jìn)行維化的過(guò)程這一小節(jié)開(kāi)段落便是其一個(gè)片段。么現(xiàn)在二維料發(fā)展到哪步了，人類離“二向箔還有多遠(yuǎn)呢正如之前所，現(xiàn)在的二材料大多通“自上而下或“自下而”方法制備到。像二向這種直接進(jìn)降維的方式人類現(xiàn)有理和技術(shù)都無(wú)實(shí)現(xiàn)的。從現(xiàn)石墨烯開(kāi)，目前二維料的發(fā)展主集中于制備表征與應(yīng)用域。至今已發(fā)現(xiàn)了六方化硼、過(guò)渡屬硫族化合、主族金屬族化合物、烯、鍺烯等種二維材料在高頻晶體、場(chǎng)效應(yīng)管及高效發(fā)光光電探測(cè)器應(yīng)用上取得重要的突破但是這距離維材料的成應(yīng)用還很遠(yuǎn)更別說(shuō)二向了。正如石烯之父 Geim 在前不久的采訪中的：“市場(chǎng)有成百上千樣的所謂‘墨烯產(chǎn)品’但我認(rèn)為從實(shí)意義上來(lái)，它們并不革命性的、覆性的產(chǎn)品石墨烯在其發(fā)揮了作用但還沒(méi)有驚到?jīng)]了石墨就不行的地。”當(dāng)人類夠熟練制作封裝以及使二向箔時(shí)，類或許就能到歌者文明樣的科技水，以空間為，以時(shí)間為?！拔铱吹?我的愛(ài)戀我到她的身邊捧出給她的物那是一小凝固的時(shí)間間上有美麗條紋摸出來(lái)淺海的泥一柔軟她把時(shí)涂滿全身然拉起我飛向在的邊緣這靈態(tài)的飛行們眼中的星像幽靈星星中的我們也幽靈”——三體》參考料：https://mp.weixin.qq.com/s/VhcoI6Tfzd1uRnSvVxX8Ig?scene=25#wechat_redirect許宏，孟蕾，李，楊天中，麗宏，劉國(guó)，趙林，劉生，邢杰，鴻鈞，周興，黃元.新型機(jī)械解理方在二維材料究中的應(yīng)用.物理學(xué)報(bào)，2018, 67 (21): 218201. doi: 10.7498 / aps.67.20181636https://mp.weixin.qq.com/s/YuKDQSb8QPCg7u1XlNxqng本文來(lái)自微信眾號(hào)：中科物理所 （ID：cas-iop），作者：樂(lè)子超