石墨片刷新強度新紀錄
- 上線日期：2008/7/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網http://nano.nchc.org.tw/
石墨片(graphene)是由一層碳原子構成的奈米材料，自從它在2004年被發現之後，科學家已被證明它是極好的電良導體，亦具有製造電晶體所需的半導體性。最近美國科學家透過實驗為它再添一頭銜，證實石墨片是最強韌的物質。結果，由一層碳原子構成的石墨片(graphene)是世上最強韌的物質。
哥倫比亞大學的James Hone等人先測量石墨片的本質強度(intrinsic strength)，亦即要使完全無缺陷的材料中的原子分離，必需施加在橫切面上的最小應力。基本上，所有的材料都具有缺陷，如微小的裂縫或刮痕，這些是材料中較脆弱的地方。而一般材料所能承受的應力主要取決於其所含的缺陷大小及數量。
研究人員先利用膠帶自石墨上剝下石墨片，接著將石墨片置於矽晶圓上的一系列小洞中，洞寬1.0或 1.5 μm。每個洞上的石墨薄膜就像一張小鼓面，其「鼓膜」只有一個原子厚。接著研究人員使用具有半徑約20 nm的鑽石針尖的原子力顯微鏡(atomic force microscope)施壓，使石墨片表面凹陷，然後根據石墨薄膜的位移量來決定其彈力性質，或藉由導致薄膜破裂的應力大小計算出石墨片的本質強度。
Hone表示，石墨片的強度遠高於其他物質，關鍵在於其共價碳鍵結以及樣品結構不含缺陷。一般物質由於尺寸的關係，都會有缺陷存在，而石墨薄片由於僅考慮極小的範圍內，故有著零缺陷的性質。根據這項實驗結果，石墨片的本質強度可當作物質本質強度的上限，這項結果也可用來驗證預測物質在高張力下的彈力性質的理論或電腦模型是否正確。
Hone指出，如果保鮮膜有石墨片的強度，則需要施加20000 N(相當一輛車的重量)的力才能以鉛筆戳破它。該團隊目前正進行更多的實驗，以研究各別石墨片的摩擦性質以及石墨片和基板之間的凡得瓦力(van der Waals force)。詳見Science 321, p.385 (2008)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/35061
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
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