石墨烯是什么材料？它真的有那么神奇么 _石墨

据新华社北京3月8日电（采访人员孙琪）石墨烯能够化身“传声筒”，帮助聋哑人“开口说话” 。由清华大学微电子所任天令教授课题组发明的“智能石墨烯人工喉”，有望在未来解决聋哑人的“说话”难题。
日前，任天令课题组在《自然通讯》上发表了题为《具有声音感知能力的智能石墨烯人工喉》的研究论文，利用多孔石墨烯材料的优势，制造出一种收发同体、适合穿戴的集成声学器件。当“人工喉”佩戴者大声发出低吟时，人工喉会感知喉咙振动状态并发出预先设定的声音，当佩戴者变换低吟的长短、声调时，人工喉发出的声音也会随之对应发生明显变化。
石墨烯（Graphene）是从石墨中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家首次在实验室中得到石墨烯，由于其电、热、力学性能十分优异，被广泛应用于各个领域，包括制作各种新型电子设备和塑料添加剂等。

文章插图
石墨烯具有完美的二维晶体结构，晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。科学家使用胶带、化学试剂等剥离石墨层这种“自大到小”的方法得到石墨烯材料，但这些方法显然不适合用于生产更大面积的石墨烯材料。因此需要考虑分解含碳分子这种“从小到大”的方法，比如通过分解热金属（通常是铜）表面的甲烷来合成石墨烯。研究人员在一项最新研究中掌握了利用类似于剪纸的方法来制备石墨烯。

文章插图
白光显微镜下的"剪纸"石墨烯图像
剪纸艺术（Kirigami）是最古老的民间艺术之一，其形式漂亮，结构复杂，给人以视觉艺术享受。很多人小时候都接触过剪纸艺术，比如制作纸状的雪花。石墨烯和纸一样，都可以折叠并产生褶皱，但不能过度拉伸。
研究人员使用黄金垫作为手柄，首先使用红外激光器对石墨烯薄膜上的黄金垫施加压力，将石墨烯弄皱，然后对产生的位移进行测量，测量结果可以被用来计算石墨烯层的弹力性能。经过分析，研究人员发现起皱石墨烯的力学性能得到提升，正如揉皱的纸比光滑的纸韧性更强，事实上正是这样的机械相似性，使研究人员能够把纸模型的方法应用于石墨烯制备。研究人员表示，以光刻技术作“剪刀”可以制作出一系列弹簧状、铰链状的可伸缩石墨烯晶体管。
拉伸材料通常会造成电阻改变，而这种可伸缩晶体管电源两极为石墨烯弹性结构，即使进行多次拉伸，也不会发生明显的电阻变化。这种特性是由石墨烯的晶格结构决定的，在弹性结构伸展过程中，其晶体结构不会产生太大的变化。下一步研究人员将升级剪纸设备，实现不直接接触设备就能移动或折叠石墨烯的目的，比如使用磁性材料（如铁）取代黄金垫，这样就可以在磁场中操纵石墨烯进行扭曲等更复杂运动。这项技术可以用来制造对光、磁场和温度产生感应的设备。该研究成果开辟了的石墨烯制备新途径，随着人们对灵活可穿戴电子产品的需求日益增长，可伸缩石墨烯晶体管的应用必然会引起广泛关注。
【石墨烯是什么材料？它真的有那么神奇么】可伸缩电极也可以用来制造灵活一体性的电子元件和传感器，植入合成机器人或人体假肢的皮肤内，也可以用于制成实时健康监测服这一最高级别的个人医疗保健产品。