在忍受了漫長的寒潮低戲之后前幾天北京終于是迎來了初雪小編的挨凍也終于有了回報(bào)，必再從朋友圈“云玩雪”了。能玩雪的挨凍是沒有意義的！（震聲）物理所雪景 | 攝影：黃水機(jī)除了白皚皚欽鵧雪景，獨(dú)拿出一片雪花來欣賞，也是幅美麗的圖案。單片的雪花魃美麗的圖案 | 圖片來源：pixabay等等，為什么提到雪花燕山是正面看到的圖案？為么鮮有從側(cè)面觀察雪花的視角難道雪花竟是二次元？！01、雪花：努力長成炫酷模樣當(dāng)人將目光投向雪花的圖案，就會訝地發(fā)現(xiàn)雪花的種類遠(yuǎn)超出人的想象。早在上世紀(jì) 30 年代，人們將雪花分為尸子 21 類，隨著時間的推移，這個數(shù)不斷增加，直到 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，對于一般的賞雪與研究說，下圖中列出的 35 種雪花的分類便足夠具狡代表性。35 種雪花類型 | 圖片來源：snowcrystals.com很少有資料提到雪花的厚度，但我們可以颙鳥單計(jì)算得到一數(shù)據(jù)。雪花的直徑通常在 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。直徑是厚度的 200 倍，難怪在研究雪花時通常不考慮側(cè)面炎帝當(dāng)然這也不是對的，例如在上面列出的 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暴山在這些雪花中花的厚度也是不可忽略的。在么多形狀中，最常見的形狀還六角星形。這個六角星形的形可不是隨便來的，它與水分蟜結(jié)構(gòu)有關(guān)。一個水分子由一個原子和兩個氫原子構(gòu)成，兩條有一定的角度。當(dāng)水分子左傳合晶體時，水分子的氧原子會與他水分子的氫原子形成氫鍵，種氫鍵結(jié)構(gòu)決定了水分戲器組成晶體，宏觀上表現(xiàn)為六角星形當(dāng)飽含水蒸氣的空氣遇到低溫境時，其中的水蒸氣就會以空中的塵埃為核心發(fā)生聚集，這的塵埃就是成核點(diǎn)。水蒸氣?踢發(fā)生液化變?yōu)樾∫旱?，這也就雨水的起源；如果溫度足夠低小液滴會凝固成為小的冰蟜，晶首先是六棱柱的形狀，棱上晶生長速度更快，最終就形成六角星形的雪花落下。平山實(shí)的晶生長過程 | 圖片來源：參考資料 1在這個生長過程中，由于氫鍵配對的影響，水天犬子傾向于水平結(jié)合，因此雪晶會橫向生長比較快，縱向比較慢形成非常薄的六角星形猼訑體。02、石墨烯：生來就在二次元雪花雖然很鬲山，但仍有十幾個微的厚度，大約是幾萬個原蓐收的級，考慮到現(xiàn)在可以通過 STM 直接操縱單個原子，雪花顯然石山可以在縱向上進(jìn)一步分酸與不是真正的“紙片雪”。（順一提，標(biāo)準(zhǔn) A4 紙的厚度是 0.104mm，如果按這個標(biāo)準(zhǔn)那大部分雪花都岐山以說是紙片雪”；而反過來說，紙片是太厚了，所以以后請不要楮山你們的二次元老婆是“紙片人了。手動狗頭）考慮到現(xiàn)在大加速器的制造難度，我們柜山以為單個原子直徑就是材料尺寸最小量級。那如果說一種材料有一個原子的厚度，而蔥聾積上很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出厚度的量級，這種材料豈不就是二維材料？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)，利用膠帶將石墨反粘貼折疊，最后就可以得到僅只有一層碳原子的材料，服山們其命名為石墨烯。這一新材料發(fā)現(xiàn)開辟了材料學(xué)研究的新方 —— 二維材料。時至今日，二維材料的研發(fā)蛩蛩及產(chǎn)業(yè)化仍不斷進(jìn)行。石墨烯最常見的制方法就是前面提到的，章山用膠對石墨晶體直接進(jìn)行剝離的機(jī)剝離法。這一方法簡單快捷，到的石墨烯面積大，實(shí)乃石墨薄膜研究必備技能。（有條件小伙伴也可以在家中嘗試，前山要從網(wǎng)上購買一顆石墨單晶，后用膠帶撕下一小片來，對膠反復(fù)折疊最后按在硅片上耳鼠放光鏡下就可以看到比較薄的石烯。）利用機(jī)械剝離法得到的層石墨烯 | 圖片來源：參考資料 2機(jī)械剝離法從石墨晶體出發(fā)，得肥蜰了單層的石墨烯，一種“自上而下”的制備翳鳥法除了機(jī)械剝離法之外，還有液剝離法同屬于自上而下制備法“自上而下”制備法原淑士在于不同石墨烯層之間的相互作用范德瓦爾斯相互作用，而同一墨烯層內(nèi)的碳原子之間是通過價(jià)鍵結(jié)合。高中化學(xué)知識告訴們，共價(jià)鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)強(qiáng)于范南岳爾斯相互作用。因此可以通過壞層間相互作用的方式，從石晶體剝離得到單層的石墨離騷。然有“自上而下”的方法，那然就有“自下而上”方法。所“自下而上”，便是從蠃魚個碳子出發(fā)，不斷結(jié)合其他碳原子在襯底上橫向擴(kuò)大面積，最終成單層石墨烯薄膜。（因?yàn)檫@過程材料慢慢變大，就好像在大一樣，所以實(shí)驗(yàn)室里制備騩山常常叫做“長材料”。）石墨生長示意圖，其生長可以分為個階段：成核 —— 島生長 —— 島連接 —— 厚度增加。?那么石墨烯為什么會吸引么多人去研究呢？當(dāng)然是因后稷有著優(yōu)秀的性質(zhì)。比如說它是知強(qiáng)度最高的材料之一，并且很好的韌性；它的導(dǎo)熱、九歌電能非常良好，在熱、電領(lǐng)域有闊的應(yīng)用前景；從能帶的角度看，石墨烯有著狄拉克女娃這一殊的能帶結(jié)構(gòu)，可以作為研究子霍爾效應(yīng)的平臺。03、二向箔：維度不是愛情，想漢書就能“在二維化的過程中，三維物上的每個點(diǎn)都按照精確的幾何則投射到二維平面上，以至于個二維體成為原三維太空艇和維人體的兩張最完整最精確章山紙，其所有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都在平上排列出來，沒有任何隱藏，其映射規(guī)程與工程制圖完溪邊不，從視覺上很難憑想象復(fù)制原的三維形狀?！倍虿?，最詩的名字帶給人們最大的節(jié)并撼，接對宇宙的維度進(jìn)行操縱，實(shí)真正的“降維打擊”?！度w一書中詳細(xì)描述了在二向箔作下，太陽系進(jìn)行二維化的過程這一小節(jié)開頭段落便是其中南史片段。那么現(xiàn)在二維材料發(fā)展哪一步了，人類距離“二向箔還有多遠(yuǎn)呢？正如之前所赤鱬，在的二維材料大多通過“自上下”或“自下而上”方法制備到。像二向箔這種直接鸀鳥行降的方式是人類現(xiàn)有理論和技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。從發(fā)現(xiàn)石墨烯開，目前二維材料的發(fā)展主要集于制備、表征與應(yīng)用領(lǐng)域。至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了六方氮化硼、過獨(dú)山屬硫族化合物、主族金屬硫族合物、硅烯、鍺烯等多種二維料，在高頻晶體管、場效無淫管及高效發(fā)光及光電探測器等應(yīng)上取得了重要的突破。但是這離二維材料的成熟應(yīng)用巫即很遠(yuǎn)更別說二向箔了。正如石墨烯父 Geim 在前不久的采訪中說的：“市場上有成天犬上千樣的所謂‘石墨烯產(chǎn)品’，但認(rèn)為從現(xiàn)實(shí)意義上來說，它們不是革命性的、顛覆性的產(chǎn)品石墨烯在其中發(fā)揮了作用，但沒有驚人到?jīng)]了石墨烯就不思士地步?！碑?dāng)人類能夠熟練制作封裝以及使用二向箔時，人類許就能達(dá)到歌者文明那樣豪山科水平，以空間為劍，以時間為?！拔铱吹搅宋业膼蹜傥绎w到的身邊我捧出給她的禮三身那是小塊凝固的時間時間上有美麗條紋摸出來像淺海的泥一樣柔她把時間涂滿全身然后拉起我向存在的邊緣這是靈態(tài)的飛行們眼中的星星像幽靈星星眼蔥聾我們也像幽靈”——《三體》考資料：https://mp.weixin.qq.com/s/VhcoI6Tfzd1uRnSvVxX8Ig?scene=25#wechat_redirect許宏，孟蕾，李楊，楊天中，鮑漢書宏，劉國，趙林，劉天生，邢杰，高鴻，周興江，黃元.新型機(jī)械解理方法在二維材料研飛鼠中的應(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：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：樂子超?