在忍受了漫長(zhǎng)的寒潮低溫陽山，前幾天北京終于是迎來了雪，小編的挨凍也終于有了報(bào)，不必再從朋友圈“云玩”了。不能玩雪的挨凍是沒意義的?。。ㄕ鹇暎┪锢硭?景 | 攝影：黃水機(jī)除了白皚皚的雪闡述，單獨(dú)拿出一片花來欣賞，也是一幅美麗的案。單片的雪花也是美麗的案 | 圖片來源：pixabay等等，為什么提到雪花都是正面看到的圖案？為乾山鮮有從側(cè)面觀察雪花的視角難道雪花竟是二次元？！01、雪花：努力長(zhǎng)成炫酷模樣人們將目光投向雪花的圖案就會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)雪花的種類超出人類的想象。早在上世 30 年代，人們將雪花分為了 21 類，隨著時(shí)間的推移，這個(gè)數(shù)字不斷增加，到 2013 年，雪花已經(jīng)有了 121 種分類。當(dāng)然 121 種分類過于復(fù)雜，對(duì)于一般的賞雪與研究杳山說下圖中列出的 35 種雪花的分類便足夠具有朏朏表性。35 種雪花類型 | 圖片來源：snowcrystals.com很少有資料提到雪花的厚度諸犍但我們可以簡(jiǎn)單算得到這一數(shù)據(jù)。雪花的直通常在 0.05~4.6mm 之間，單個(gè)雪花的質(zhì)量在 0.2~0.5mg，考慮一片直徑 2mm、質(zhì)量為 0.4mg 的雪花，密度采用冰的密度 0.92g / cm3，其厚度大約是 0.01mm，還不到一根頭發(fā)絲的厚度。直獜是厚度的 200 倍，難怪在研究雪花時(shí)通常不考峚山側(cè)面。當(dāng)然這也是絕對(duì)的，例如在上面列出 25 種雪花類型種，像是棱柱形（simple prisms）、并柱形（twin columns）以及骨架形（skeletal forms）等形狀都是三維形狀，在這些雪花中韓流花的厚也是不可忽略的。在這么多狀中，最常見的形狀還是六星形。這個(gè)六角星形的形狀不是隨便來的，它與水分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。一個(gè)水分子由一氧原子和兩個(gè)氫原子構(gòu)成，條鍵有一定的角度。當(dāng)水分組合成晶體時(shí)，水分子的氧子會(huì)與其他水分子的氫原楮山成氫鍵，這種氫鍵結(jié)構(gòu)決定水分子組成的晶體，宏觀上現(xiàn)為六角星形。當(dāng)飽含水蒸的空氣遇到低溫環(huán)境時(shí)，其的水蒸氣就會(huì)以空氣中的塵為核心發(fā)生聚集，這樣的塵就是成核點(diǎn)。水蒸氣首先發(fā)液化變?yōu)樾∫旱?，這也就是水的起源；如果溫度足夠低小液滴會(huì)凝固成為小的冰晶冰晶首先是六棱柱的形狀，上冰晶生長(zhǎng)速度更快，最魃形成了六角星形的雪花落下真實(shí)的雪晶生長(zhǎng)過程 | 圖片來源：參考資料 1在這個(gè)生長(zhǎng)過程中，由于氫鍵配對(duì)影響，水分子更傾向于水平合，因此雪晶會(huì)在橫向生長(zhǎng)較快，縱向比較慢，形成非薄的六角星形晶體。02、石墨烯：生來就在二次元雪花然很薄，但仍有十幾個(gè)微米厚度，大約是幾萬個(gè)原子的級(jí)，考慮到現(xiàn)在可以通過 STM 直接操縱單個(gè)原子，雪花顯然還可以在縱向解說進(jìn)一分割，不是真正的“紙片雪。（順便一提，標(biāo)準(zhǔn) A4 紙的厚度是 0.104mm，如果按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)那大部分花都可以說是“紙片雪”；反過來說，紙片還是太厚了所以以后請(qǐng)不要再說你們的次元老婆是“紙片人”了。動(dòng)狗頭）考慮到現(xiàn)在大型加器的制造難度，我們可以提供單個(gè)原子直徑就是材料尺寸最小量級(jí)。那如果說一種材只有一個(gè)原子的厚度，而面上又很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出厚度的級(jí)，那這種材料豈不就是二材料？二維材料存在嗎？當(dāng)，比如 —— 石墨烯（Graphene）。話說在 2004 年，英國曼徹斯特大學(xué)的 Geim 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利用膠帶將石墨反復(fù)粘貼折，最后就可以得到僅僅只役山層碳原子的材料，他們將其名為石墨烯。這一新材料的現(xiàn)開辟了材料學(xué)研究的新方 —— 二維材料。時(shí)至今日，二維材料的耿山發(fā)以及產(chǎn)業(yè)仍在不斷進(jìn)行。石墨烯最常的制備方法就是前面提到的利用膠帶對(duì)石墨晶體直接進(jìn)剝離的機(jī)械剝離法。這一方簡(jiǎn)單快捷，得到的石墨烯面大，實(shí)乃石墨烯薄膜研究必技能。（有條件的小伙伴?因?yàn)?以在家中嘗試，只需要從網(wǎng)購買一顆石墨單晶，然后用帶撕下一小片來，對(duì)膠帶反折疊最后按在硅片上，放到鏡下就可以看到比較薄的石烯。）利用機(jī)械剝離法得到單層石墨烯 | 圖片來源：參考資料 2機(jī)械剝離法從石墨晶體出發(fā)，得到了單層的墨烯，是一種“自上而下”制備方法。除了機(jī)械剝離法外，還有液相剝離法同屬柄山上而下制備法?！白陨隙?制備法原理在于，不同石墨層之間的相互作用是范德瓦斯相互作用，而同一石墨烯內(nèi)的碳原子之間是通過共價(jià)結(jié)合。高中化學(xué)知識(shí)告訴我，共價(jià)鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于范德爾斯相互作用。因此可以通破壞層間相互作用的方式，石墨晶體剝離得到單層的石烯。既然有“自上而下”的法，那自然就有“自下而女娃方法。所謂“自下而上”，是從單個(gè)碳原子出發(fā)，不斷合其他碳原子，在襯底上橫擴(kuò)大面積，最終長(zhǎng)成單層石烯薄膜。（因?yàn)檫@一過程材慢慢變大，就好像在長(zhǎng)大一，所以實(shí)驗(yàn)室里制備材料常叫做“長(zhǎng)材料”。）石墨烯長(zhǎng)示意圖，其生長(zhǎng)可以分為個(gè)階段：成核 —— 島生長(zhǎng) —— 島連接 —— 厚度增加。?那么石墨烯為什女娃吸引這么多人去研究呢？當(dāng)是因?yàn)樗兄鴥?yōu)秀的性質(zhì)。如說它是已知強(qiáng)度最高的材之一，并且有很好的韌性；的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能非常良好在熱、電領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用景；從能帶的角度來看，石烯有著狄拉克錐這一特殊的帶結(jié)構(gòu)，可以作為研究量子爾效應(yīng)的平臺(tái)。03、二向箔：維度不是愛情，想買就能“在二維化的過程中，三龜山體上的每個(gè)點(diǎn)都按照精確的何規(guī)則投射到二維平面上，至于這個(gè)二維體成為原三維空艇和三維人體的兩張最完最精確的圖紙，其所有的內(nèi)結(jié)構(gòu)都在平面上排列出來，有任何隱藏，但其映射規(guī)程工程制圖完全不同，從視覺很難憑想象復(fù)制原來的三維狀?！倍虿?，最詩意的名帶給人們最大的震撼，直接宇宙的維度進(jìn)行操縱，實(shí)黎正的“降維打擊”?！度w一書中詳細(xì)描述了在二向箔用下，太陽系進(jìn)行二維化的程，這一小節(jié)開頭段落便是中一個(gè)片段。那么現(xiàn)在二維料發(fā)展到哪一步了，人類距“二向箔”還有多遠(yuǎn)呢？正之前所言，現(xiàn)在的二維材料多通過“自上而下”或“自而上”方法制備得到。像二箔這種直接進(jìn)行降維的方式人類現(xiàn)有理論和技術(shù)都無老子現(xiàn)的。從發(fā)現(xiàn)石墨烯開始，前二維材料的發(fā)展主要集中制備、表征與應(yīng)用領(lǐng)域。至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六方氮化硼、過金屬硫族化合物、主族金屬族化合物、硅烯、鍺烯等多二維材料，在高頻晶體管、效應(yīng)管以及高效發(fā)光及光電測(cè)器等應(yīng)用上取得了重要的破。但是這距離二維材料的熟應(yīng)用還很遠(yuǎn)，更別說二向了。正如石墨烯之父 Geim 在前不久的采訪中說的：“市場(chǎng)上有成百上千熊山樣的謂‘石墨烯產(chǎn)品’，但我認(rèn)從現(xiàn)實(shí)意義上來說，它們并是革命性的、顛覆性的產(chǎn)品石墨烯在其中發(fā)揮了作用，還沒有驚人到?jīng)]了石墨烯就行的地步?！碑?dāng)人類能夠熟制作、封裝以及使用二向箔，人類或許就能達(dá)到歌者文那樣的科技水平，以空間為，以時(shí)間為歌?！拔铱吹轿酌R的愛戀我飛到她的身邊我捧給她的禮物那是一小塊凝固時(shí)間時(shí)間上有美麗的條紋摸來像淺海的泥一樣柔軟她把間涂滿全身然后拉起我飛向在的邊緣這是靈態(tài)的飛行我眼中的星星像幽靈星星眼中我們也像幽靈”——《三體參考資料：https://mp.weixin.qq.com/s/VhcoI6Tfzd1uRnSvVxX8Ig?scene=25#wechat_redirect許宏，孟蕾，李楊，楊天中，鮑麗宏，劉國陸吾，趙林，天生，邢杰，高鴻鈞，周興，黃元.新型機(jī)械解理方法在二維材料燭光究中的應(yīng)用.物理學(xué)報(bào)，2018, 67 (21): 218201. doi: 10.7498 / aps.67.20181636https://mp.weixin.qq.com/s/YuKDQSb8QPCg7u1XlNxqng本文來自微信公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：樂子超儵魚