2016十大新兴技术——即将到来的二维材料时代
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:42
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:42
时间: 2016年08月01日 | 作者: Tim Harper | 来源: 环球科学
将具有独特光学、物理学和电学性质各种超薄材料组合起来，可以创造出适用于各种功能的定制材料。
新材料确实可以改变世界。我们用青铜器时代、铁器时代来称呼历史时期是有道理的。混凝土、不锈钢和硅的发明让我们进入了现代。现在，一种由单层原子构成的新材料出现了，它们拥有几乎无限的潜能。
这类材料被称为二维材料。最近几年，这类材料家族中出现了这些新成员：排列成格子状的单层或数层碳原子（石墨烯）、硼原子（硼烯）、六方氮化硼（白石墨烯）、锗原子（锗烯）、硅原子（硅烯）、磷原子（磷烯）和锡原子（锡烯）。
理论上存在更多的二维材料，不过它们尚未被合成出来，比如石墨炔（graphyne）。这些二维材料每种都具有令人振奋的性能，而且不同的二维材料还可以像乐高积木一样组合起来，构造更多的新材料。
这场单层材料的革命始于2004年，当时两位科学家用透明胶带创造出了二维石墨烯。这可能是人类第一次用幼儿园里就能找到的工具作出了诺贝尔奖级的科学大发现。
石墨烯比钢铁的强度还高，比钻石还硬，而且几乎是世界上最轻的东西。它是透明的、柔性的，而且超强导电性。除了水蒸气以外，几乎任何东西都无法穿透它。而水蒸气则可以在石墨烯的分子网格间自由穿梭。
一开始，石墨烯的价格超过黄金。不过由于生产技术的进步，它的价格一路下滑。六方氮化硼目前在市场上也有了供应，其价格发展趋势也类似于石墨烯。石墨烯的价格已经低到能够被用于制造水过滤装置，它可将海水淡化和污水处理的成本大幅度降低。
随着石墨烯价格的不断下降，在道路铺装混合材料或混凝土中可以添加石墨烯。它可以用来清洁城市大气，因为除了具有其他优点以外，石墨烯还能够从大气中吸收一氧化碳和氮氧化物。
其他二维材料可能也会经历石墨烯的老路。当它们的价格下降后，就可以同时找到大规模应用和高附加值应用（如电子产品）的途经。技术人员会找到方法来充分利用它们的独特性质。
比如，石墨烯就曾被用于制造柔性传感器。这种传感器可以被缝到衣服上，或者用增材制造技术（Additive Manufacturing）直接3D打印到织物上。为聚合物添加石墨烯，可以造出强度更大而质量更轻的机翼和自行车轮胎。
六方氮化硼也可以和石墨烯以及氮化硼组合在一起，用来改善锂离子电池和超级电容器的性能。这种组合材料能够在很小的体积内容纳更多的能量，它的这一特性可以减少智能手机以及电动汽车等产品的电池充电次数、增加电池寿命，并减少电池重量和废弃物。
一旦新材料进入环境，毒性总是一个值得关注的问题。小心谨慎总是没错的。对于石墨烯的10年毒性研究尚未发现它对人体健康或是环境有什么不良影响。不过这方面的研究还在继续。
二维材料的发明为技术人员打开了一个强大的工具魔盒。这些超薄化合物材料每种都具有独特的光学、物理学和电学性质。科学家和工程师正兴奋地将它们进行混合配对，用来创造针对各种功能优化的定制材料。钢和硅是20世纪工业化的基石，但和这些二维材料相比，它们就显得十分笨重粗陋了。
撰文 Tim Harper
翻译 徐寒易
原文链接：
http://www.scientificamerican.com/article/2-dimensional-materials-create-new-tools-for-technologists/
新材料确实可以改变世界。我们用青铜器时代、铁器时代来称呼历史时期是有道理的。混凝土、不锈钢和硅的发明让我们进入了现代。现在，一种由单层原子构成的新材料出现了，它们拥有几乎无限的潜能。
这类材料被称为二维材料。最近几年，这类材料家族中出现了这些新成员：排列成格子状的单层或数层碳原子（石墨烯）、硼原子（硼烯）、六方氮化硼（白石墨烯）、锗原子（锗烯）、硅原子（硅烯）、磷原子（磷烯）和锡原子（锡烯）。
理论上存在更多的二维材料，不过它们尚未被合成出来，比如石墨炔（graphyne）。这些二维材料每种都具有令人振奋的性能，而且不同的二维材料还可以像乐高积木一样组合起来，构造更多的新材料。
这场单层材料的革命始于2004年，当时两位科学家用透明胶带创造出了二维石墨烯。这可能是人类第一次用幼儿园里就能找到的工具作出了诺贝尔奖级的科学大发现。
石墨烯比钢铁的强度还高，比钻石还硬，而且几乎是世界上最轻的东西。它是透明的、柔性的，而且超强导电性。除了水蒸气以外，几乎任何东西都无法穿透它。而水蒸气则可以在石墨烯的分子网格间自由穿梭。
一开始，石墨烯的价格超过黄金。不过由于生产技术的进步，它的价格一路下滑。六方氮化硼目前在市场上也有了供应，其价格发展趋势也类似于石墨烯。石墨烯的价格已经低到能够被用于制造水过滤装置，它可将海水淡化和污水处理的成本大幅度降低。
随着石墨烯价格的不断下降，在道路铺装混合材料或混凝土中可以添加石墨烯。它可以用来清洁城市大气，因为除了具有其他优点以外，石墨烯还能够从大气中吸收一氧化碳和氮氧化物。
其他二维材料可能也会经历石墨烯的老路。当它们的价格下降后，就可以同时找到大规模应用和高附加值应用（如电子产品）的途经。技术人员会找到方法来充分利用它们的独特性质。
比如，石墨烯就曾被用于制造柔性传感器。这种传感器可以被缝到衣服上，或者用增材制造技术（Additive Manufacturing）直接3D打印到织物上。为聚合物添加石墨烯，可以造出强度更大而质量更轻的机翼和自行车轮胎。
六方氮化硼也可以和石墨烯以及氮化硼组合在一起，用来改善锂离子电池和超级电容器的性能。这种组合材料能够在很小的体积内容纳更多的能量，它的这一特性可以减少智能手机以及电动汽车等产品的电池充电次数、增加电池寿命，并减少电池重量和废弃物。
一旦新材料进入环境，毒性总是一个值得关注的问题。小心谨慎总是没错的。对于石墨烯的10年毒性研究尚未发现它对人体健康或是环境有什么不良影响。不过这方面的研究还在继续。
二维材料的发明为技术人员打开了一个强大的工具魔盒。这些超薄化合物材料每种都具有独特的光学、物理学和电学性质。科学家和工程师正兴奋地将它们进行混合配对，用来创造针对各种功能优化的定制材料。钢和硅是20世纪工业化的基石，但和这些二维材料相比，它们就显得十分笨重粗陋了。
撰文 Tim Harper
翻译 徐寒易
原文链接：
http://www.scientificamerican.com/article/2-dimensional-materials-create-new-tools-for-technologists/