在忍受了漫長的寒低溫之后，前幾天京終于是迎來了初，小編的挨凍也終有了回報，不必再朋友圈“云玩雪”。不能玩雪的挨凍沒有意義的?。。?聲）物理所雪景 | 攝影：黃水機除了白皚皚的雪丙山，單拿出一片雪花來欣，也是一幅美麗的案。單片的雪花也美麗的圖案 | 圖片來源：pixabay等等，為什么提到雪花都是正面看的圖案？為什么鮮從側面觀察雪花的角？難道雪花竟是次元？！01、雪花：努力長成炫酷模當人們將目光投向花的圖案，就會驚地發(fā)現(xiàn)雪花的種類超出人類的想象。在上世紀 30 年代，人們將雪花分了 21 類，隨著時間的推移，這個字不斷增加，直到 2013 年，雪花已經(jīng)有了 121 種分類。當然 121 種分類過于復雜，對于一般的賞雪研究來說，下圖中出的 35 種雪花的分類便足夠具有表性。35 種雪花類型 | 圖片來源：snowcrystals.com很少有資料提到雪花厚度，但我們可以單計算得到這一數(shù)。雪花的直徑通常 0.05~4.6mm 之間，單個雪花的質(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。直是厚度的 200 倍，難怪在研究雪時通常不考慮側面當然這也不是絕對，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，這些雪花中雪花的度也是不可忽略的在這么多形狀中，常見的形狀還是六星形。這個六角星的形狀可不是隨便的，它與水分子的構有關。一個水分由一個氧原子和兩氫原子構成，兩條有一定的角度。當分子組合成晶體時水分子的氧原子會其他水分子的氫原形成氫鍵，這種氫結構決定了水分子成的晶體，宏觀上現(xiàn)為六角星形。當含水蒸氣的空氣遇低溫環(huán)境時，其中水蒸氣就會以空氣的塵埃為核心發(fā)生集，這樣的塵埃就成核點。水蒸氣首發(fā)生液化變?yōu)樾∫?，這也就是雨水的源；如果溫度足夠，小液滴會凝固成小的冰晶，冰晶首是六棱柱的形狀，上冰晶生長速度更，最終就形成了六星形的雪花落下。實的雪晶生長過程 | 圖片來源：參考資料 1在這個生長過程中，由于氫鍵對的影響，水分子傾向于水平結合，此雪晶會在橫向生比較快，縱向比較，形成非常薄的六星形晶體。02、石墨烯：生來就在二元雪花雖然很薄，仍有十幾個微米的度，大約是幾萬個子的量級，考慮到在可以通過 STM 直接操縱單個原子，雪花顯然還可以縱向上進一步分割不是真正的“紙片”。（順便一提，準 A4 紙的厚度是 0.104mm，如果按這個標準大部分雪花都可以是“紙片雪”；而過來說，紙片還是厚了，所以以后請要再說你們的二次老婆是“紙片人”。手動狗頭）考慮現(xiàn)在大型加速器的造難度，我們可以為單個原子直徑就材料尺寸的最小量。那如果說一種材只有一個原子的厚，而面積上又很大遠遠超出厚度的量，那這種材料豈不是二維材料？二維料存在嗎？當然，如 —— 石墨烯（Graphene）。話說在 2004 年，英國曼徹斯特大學的 Geim 團隊發(fā)現(xiàn)，利用膠將石墨反復粘貼折，最后就可以得到僅只有一層碳原子材料，他們將其命為石墨烯。這一新料的發(fā)現(xiàn)開辟了材學研究的新方向 —— 二維材料。時至今日，二維材料的發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化仍在斷進行。石墨烯最見的制備方法就是面提到的，利用膠對石墨晶體直接進剝離的機械剝離法這一方法簡單快捷得到的石墨烯面積，實乃石墨烯薄膜究必備技能。（有件的小伙伴也可以家中嘗試，只需要?網(wǎng)上購買一顆石墨晶，然后用膠帶撕一小片來，對膠帶復折疊最后按在硅上，放到光鏡下就以看到比較薄的石烯。）利用機械剝法得到的單層石墨 | 圖片來源：參考資料 2機械剝離法從石墨晶體出發(fā)得到了單層的石墨，是一種“自上而”的制備方法。除機械剝離法之外，有液相剝離法同屬自上而下制備法。自上而下”制備法理在于，不同石墨層之間的相互作用范德瓦爾斯相互作，而同一石墨烯層的碳原子之間是通共價鍵結合。高中學知識告訴我們，價鍵的強度遠強于德瓦爾斯相互作用因此可以通過破壞間相互作用的方式從石墨晶體剝離得單層的石墨烯。既有“自上而下”的法，那自然就有“下而上”方法。所“自下而上”，便從單個碳原子出發(fā)不斷結合其他碳原，在襯底上橫向擴面積，最終長成單石墨烯薄膜。（因這一過程材料慢慢大，就好像在長大樣，所以實驗室里備材料常常叫做“材料”。）石墨烯長示意圖，其生長以分為幾個階段：核 —— 島生長 —— 島連接 —— 厚度增加。?那么石墨烯為什洹山會吸這么多人去研究呢當然是因為它有著秀的性質(zhì)。比如說是已知強度最高的料之一，并且有很的韌性；它的導熱導電性能非常良好在熱、電領域有廣的應用前景；從能的角度來看，石墨有著狄拉克錐這一殊的能帶結構，可作為研究量子霍爾應的平臺。03、二向箔：維度不是愛，想買就能買“在維化的過程中，三物體上的每個點都照精確的幾何規(guī)則射到二維平面上，至于這個二維體成原三維太空艇和三人體的兩張最完整精確的圖紙，其所的內(nèi)部結構都在平上排列出來，沒有何隱藏，但其映射程與工程制圖完全同，從視覺上很難想象復制原來的三形狀?！倍虿?詩意的名字帶給人最大的震撼，直接宇宙的維度進行操，實現(xiàn)真正的“降打擊”。《三體》書中詳細描述了在向箔作用下，太陽進行二維化的過程這一小節(jié)開頭段落是其中一個片段。么現(xiàn)在二維材料發(fā)到哪一步了，人類離“二向箔”還有遠呢？正如之前所，現(xiàn)在的二維材料多通過“自上而下或“自下而上”方制備得到。像二向這種直接進行降維方式是人類現(xiàn)有理和技術都無法實現(xiàn)。從發(fā)現(xiàn)石墨烯開，目前二維材料的展主要集中于制備表征與應用領域。今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六方化硼、過渡金屬硫化合物、主族金屬族化合物、硅烯、烯等多種二維材料在高頻晶體管、場應管以及高效發(fā)光光電探測器等應用取得了重要的突破但是這距離二維材的成熟應用還很遠更別說二向箔了。如石墨烯之父 Geim 在前不久的采訪中說的：“市場有成百上千這樣的謂‘石墨烯產(chǎn)品’但我認為從現(xiàn)實意上來說，它們并不革命性的、顛覆性產(chǎn)品，石墨烯在其發(fā)揮了作用，但還有驚人到?jīng)]了石墨就不行的地步?！?人類能夠熟練制作封裝以及使用二向時，人類或許就能到歌者文明那樣的技水平，以空間為，以時間為歌。“看到了我的愛戀我到她的身邊我捧出她的禮物那是一小凝固的時間時間上美麗的條紋摸出來淺海的泥一樣柔軟把時間涂滿全身然拉起我飛向存在的緣這是靈態(tài)的飛行們眼中的星星像幽星星眼中的我們也幽靈”——《三體參考資料：https://mp.weixin.qq.com/s/VhcoI6Tfzd1uRnSvVxX8Ig?scene=25#wechat_redirect許宏，孟蕾，李楊，楊中，鮑麗宏，劉國，趙林，劉天生，杰，高鴻鈞，周興，黃元.新型機械解理方法在二維材料究中的應用.物理學報，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：中科物理所 （ID：cas-iop），作者：樂子超?