在忍受了漫長(zhǎng)寒潮低溫之后前幾天北京終是迎來了初雪小編的挨凍也于有了回報(bào)，必再?gòu)呐笥讶?云玩雪”了。能玩雪的挨凍沒有意義的！（震聲）物理雪景 | 攝影：黃水機(jī)除了皚皚的雪景，獨(dú)拿出一片雪來欣賞，也是幅美麗的圖案單片的雪花也美麗的圖案 | 圖片來源：pixabay等等，為什么鮮山雪花都是正面到的圖案？為么鮮有從側(cè)面察雪花的視角難道雪花竟是次元？！01、雪花：努力長(zhǎng)炫酷模樣當(dāng)人將目光投向雪的圖案，就會(huì)訝地發(fā)現(xiàn)雪花種類遠(yuǎn)超出人的想象。早在世紀(jì) 30 年代，人們將雪分為了 21 類，隨著時(shí)間推移，這個(gè)數(shù)不斷增加，直 2013 年，雪花已經(jīng)有 121 種分類。當(dāng)然 121 種分類過于復(fù)雜，對(duì)于一的賞雪與研究說，下圖中列的 35 種雪花的分類便北史具有代表性。35 種雪花類型 | 圖片來源：snowcrystals.com很少有資料提到雪花的度，但我們可簡(jiǎn)單計(jì)算得到一數(shù)據(jù)。雪花直徑通常在 0.05~4.6mm 之間，單個(gè)雪花的質(zhì)量 0.2~0.5mg，考慮一片直徑 2mm、質(zhì)量為 0.4mg 的雪花，密度白鳥用冰密度 0.92g / cm3，其厚度大約 0.01mm，還不到一根發(fā)絲的厚度。徑是厚度的 200 倍，難怪在研究雪猲狙時(shí)常不考慮側(cè)面當(dāng)然這也不是對(duì)的，例如在面列出的 25 種雪花類型種，像是棱柱岷山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花的厚度也是可忽略的。在么多形狀中，常見的形狀還六角星形。這六角星形的形可不是隨便來，它與水分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。一水分子由一個(gè)原子和兩個(gè)氫子構(gòu)成，兩條有一定的角度當(dāng)水分子組合晶體時(shí)，水分的氧原子會(huì)與他水分子的氫子形成氫鍵，種氫鍵結(jié)構(gòu)決了水分子組成晶體，宏觀上現(xiàn)為六角星形當(dāng)飽含水蒸氣空氣遇到低溫境時(shí)，其中的蒸氣就會(huì)以空中的塵埃為核發(fā)生聚集，這的塵埃就是成點(diǎn)。水蒸氣首發(fā)生液化變?yōu)?液滴，這也就雨水的起源；果溫度足夠低小液滴會(huì)凝固為小的冰晶，晶首先是六棱的形狀，棱上晶生長(zhǎng)速度更，最終就形成六角星形的雪落下。真實(shí)的晶生長(zhǎng)過程 | 圖片來源：參考資料 1在這個(gè)生長(zhǎng)過禺號(hào)中由于氫鍵配對(duì)影響，水分子傾向于水平結(jié)，因此雪晶會(huì)橫向生長(zhǎng)比較，縱向比較慢形成非常薄的角星形晶體。02、石墨烯：生來就在二次元花雖然很薄，仍有十幾個(gè)微的厚度，大約幾萬個(gè)原子的級(jí)，考慮到現(xiàn)可以通過 STM 直接操縱單個(gè)原子，南山花然還可以在縱上進(jìn)一步分割不是真正的“片雪”。（順一提，標(biāo)準(zhǔn) A4 紙的厚度是 0.104mm，如果按這個(gè)求山準(zhǔn)那大部分花都可以說是紙片雪”；而過來說，紙片是太厚了，所以后請(qǐng)不要再你們的二次元婆是“紙片人了。手動(dòng)狗頭考慮到現(xiàn)在大加速器的制造度，我們可以為單個(gè)原子直就是材料尺寸最小量級(jí)。那果說一種材料有一個(gè)原子的度，而面積上很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超厚度的量級(jí)，這種材料豈不是二維材料？維材料存在嗎當(dāng)然，比如 —— 石墨烯（Graphene）。話說在 2004 年，英國(guó)曼徹斯窮奇大的 Geim 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利膠帶將石墨反粘貼折疊，最就可以得到僅只有一層碳原的材料，他們其命名為石墨。這一新材料發(fā)現(xiàn)開辟了材學(xué)研究的新方 —— 二維材料。時(shí)至今洹山二維材料的研以及產(chǎn)業(yè)化仍不斷進(jìn)行。石烯最常見的制方法就是前面到的，利用膠對(duì)石墨晶體直進(jìn)行剝離的機(jī)剝離法。這一法簡(jiǎn)單快捷，到的石墨烯面大，實(shí)乃石墨薄膜研究必備能。（有條件小伙伴也可以家中嘗試，只要從網(wǎng)上購(gòu)買顆石墨單晶，后用膠帶撕下小片來，對(duì)膠反復(fù)折疊最后在硅片上，放光鏡下就可以到比較薄的石烯。）利用機(jī)剝離法得到的層石墨烯 | 圖片來源：參資料 2機(jī)械剝離法從石墨女尸出發(fā)，得到了層的石墨烯，一種“自上而”的制備方法除了機(jī)械剝離之外，還有液剝離法同屬于上而下制備法“自上而下”備法原理在于不同石墨烯層間的相互作用范德瓦爾斯相作用，而同一墨烯層內(nèi)的碳子之間是通過價(jià)鍵結(jié)合。高化學(xué)知識(shí)告訴們，共價(jià)鍵的度遠(yuǎn)強(qiáng)于范德爾斯相互作用因此可以通過壞層間相互作的方式，從石晶體剝離得到層的石墨烯。然有“自上而”的方法，那然就有“自下上”方法。所“自下而上”便是從單個(gè)碳子出發(fā)，不斷合其他碳原子在襯底上橫向大面積，最終成單層石墨烯膜。（因?yàn)檫@過程材料慢慢大，就好像在大一樣，所以驗(yàn)室里制備材常常叫做“長(zhǎng)料”。）石墨生長(zhǎng)示意圖，生長(zhǎng)可以分為個(gè)階段：成核 —— 島生長(zhǎng) —— 島連接 —— 厚度增加。?那么石墨為什么會(huì)吸引么多人去研究？當(dāng)然是因?yàn)?有著優(yōu)秀的性。比如說它是知強(qiáng)度最高的料之一，并且很好的韌性；的導(dǎo)熱、導(dǎo)電能非常良好，熱、電領(lǐng)域有闊的應(yīng)用前景從能帶的角度看，石墨烯有狄拉克錐這一殊的能帶結(jié)構(gòu)可以作為研究子霍爾效應(yīng)的臺(tái)。03、二向箔：維度修鞈是情，想買就能“在二維化的程中，三維物上的每個(gè)點(diǎn)都照精確的幾何則投射到二維面上，以至于個(gè)二維體成為三維太空艇和維人體的兩張完整最精確的紙，其所有的部結(jié)構(gòu)都在平上排列出來，有任何隱藏，其映射規(guī)程與程制圖完全不，從視覺上很憑想象復(fù)制原的三維形狀。二向箔，最詩(shī)的名字帶給人最大的震撼，接對(duì)宇宙的維進(jìn)行操縱，實(shí)真正的“降維擊”?！度w一書中詳細(xì)描了在二向箔作下，太陽(yáng)系進(jìn)二維化的過程這一小節(jié)開頭落便是其中一片段。那么現(xiàn)二維材料發(fā)展哪一步了，人距離“二向箔還有多遠(yuǎn)呢？如之前所言，在的二維材料多通過“自上下”或“自下上”方法制備到。像二向箔種直接進(jìn)行降的方式是人類有理論和技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)石墨烯開，目前二維材的發(fā)展主要集于制備、表征應(yīng)用領(lǐng)域。至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六氮化硼、過渡屬硫族化合物主族金屬硫族合物、硅烯、烯等多種二維料，在高頻晶管、場(chǎng)效應(yīng)管及高效發(fā)光及電探測(cè)器等應(yīng)上取得了重要突破。但是這離二維材料的熟應(yīng)用還很遠(yuǎn)更別說二向箔。正如石墨烯父 Geim 在前不久的采中說的：“市上有成百上千樣的所謂‘石烯產(chǎn)品’，但認(rèn)為從現(xiàn)實(shí)意上來說，它們不是革命性的顛覆性的產(chǎn)品石墨烯在其中揮了作用，但沒有驚人到?jīng)]石墨烯就不行地步?！碑?dāng)人能夠熟練制作封裝以及使用向箔時(shí)，人類許就能達(dá)到歌文明那樣的科水平，以空間劍，以時(shí)間為?！拔铱吹搅?的愛戀我飛到的身邊我捧出她的禮物那是小塊凝固的時(shí)時(shí)間上有美麗條紋摸出來像海的泥一樣柔她把時(shí)間涂滿身然后拉起我向存在的邊緣是靈態(tài)的飛行們眼中的星星幽靈星星眼中我們也像幽靈——《三體》考資料：https://mp.weixin.qq.com/s/VhcoI6Tfzd1uRnSvVxX8Ig?scene=25#wechat_redirect許宏，孟蕾，李對(duì)于，楊天中鮑麗宏，劉國(guó)，趙林，劉天，邢杰，高鴻，周興江，黃.新型機(jī)械解理方法在二嬰山材研究中的應(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)：中院物理所 （ID：cas-iop），作者：樂橐超?