導(dǎo)讀

最近，美國紐約市立大學(xué)開發(fā)出一種制造新材料“diamene”的工藝，diamene是一種柔韌的分層石墨烯薄片，短時間內(nèi)比鉆石更硬，對于任何沖擊來說幾乎堅不可摧。

背景

石墨烯，是一種具有眾多卓越特性的二維材料，它具有單層碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，厚度僅是人類發(fā)絲直徑的百萬分之一，而強度卻勝過鋼鐵百倍，導(dǎo)電性能卻勝過銅，所以非常適合用于電子器件。對于石墨烯的相關(guān)特性和用途介紹，筆者在之前很多篇文章中都有過提及，這里就不一一贅述了。

今天，讓我們想象石墨烯的另外一種奇特的用途：將它制成一種柔韌且輕量的金屬薄片，而且變得足夠堅硬，甚至可以抵擋得住子彈的沖擊。

創(chuàng)新

在一篇發(fā)表于《自然納米技術(shù)》的論文中，美國紐約市立大學(xué)（CUNY）描述了一種制造新材料“diamene”的工藝。diamene是一種柔韌的分層石墨烯薄片，短時間內(nèi)比鉆石更硬，對于任何沖擊來說幾乎堅不可摧。

技術(shù)

紐約市立大學(xué)研究生中心高級科學(xué)研究中心（ASRC）的科學(xué)家們致力于雙層石墨烯的理論化和測試。每一層石墨烯只有一個原子的厚度，可在室溫條件下轉(zhuǎn)化為類似鉆石的材料，且經(jīng)受得住猛烈的沖擊。團隊也發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生這種轉(zhuǎn)化的時刻，會引發(fā)電流突然減少，這也說明diamene的電子和自旋電子特性也非常吸引人。

ASRC物理學(xué)教授以及項目的領(lǐng)導(dǎo)研究員ElisaRiedo表示，這是有史以來具有鉆石般硬度且最薄的膜。之前，當我們測試石墨或者單層石墨烯時，我們會施加壓力，感受到的薄膜是非常柔軟的。但當石墨薄膜只有兩層厚度，突然間我們意識到這種材料受到壓力時，將變得極度堅硬，甚至比鉆石更硬。

研究團隊成員、CUNY斯塔滕島學(xué)院的化學(xué)系副教授AngeloBongiorno開發(fā)出了制造diamene的理論。當給兩層蜂巢狀的石墨烯層（通過不同的配置對齊）施加壓力時，他和同事們使用微型計算機為潛在的結(jié)果建模。然后，Riedo和其他團隊成員然后使用原子力顯微鏡，為處于碳化硅襯底上的兩層石墨烯施加局部壓力，而且發(fā)現(xiàn)與計算結(jié)果完全一致。實驗和理論都顯示，這種石墨烯向鉆石的轉(zhuǎn)變不會發(fā)生于兩層以上或者單層的石墨烯層。

Bongiorno，石墨和鉆石都完全由碳原子組成，但是碳原子在這兩種材料中的排列方式不同。如下圖所示，一個光亮堅硬，一個烏黑柔軟。因此，它們在硬度、柔韌度和導(dǎo)電程度等方面都具有不同的特性。

價值

研究人員的新技術(shù)讓他們可以操控石墨，使其在特殊條件下，發(fā)揮有益特性。這項新發(fā)現(xiàn)將很可能應(yīng)用于耐磨的防護涂層以及超輕防彈膜。

另外根據(jù)研究論文，研究團隊的工作成功地為研究二維材料中石墨到鉆石的相變，開啟了新的可能性。未來的研究將探索新方法，用于穩(wěn)定這種轉(zhuǎn)化以及產(chǎn)生出的材料的進一步應(yīng)用。