小材知道 它们早已不是你熟悉的石墨烯和半导体

 

21世纪,材料在各个领域都发挥至关重要的作用。作为新世纪的材料新人们,不妨来看看材料届有哪些时下热门的发明发现吧~...



21世纪,材料在各个领域都发挥至关重要的作用。作为新世纪的材料新人们,不妨来看看材料届有哪些时下热门的发明发现吧

石  墨  烯
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为"黑金",是"新材料之王",科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪"。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
近日,科学家们发现石墨烯的一项新应用——可用来发现癌症细胞。那么如此万能的石墨烯究竟是什么呢?
检测癌细胞。现在石墨烯被研究出可用于发现癌症细胞

石墨烯可以用于检测癌细胞吗?日前,伊利诺大学芝加哥分校的研究人员发现细胞和石墨烯发生相互作用后,能够通过拉曼成像技术区分出活跃的癌细胞和普通细胞,这使得石墨烯有望用于开发癌症早期的检测工具。这项研究发表在美国化学学会《应用材料与界面》杂志上。
(拉曼光谱图像中,左为正常细胞、右为癌细胞)


研究者之一的Vikas Berry副教授说:“石墨烯是目前世界上已知的最薄的二维材料,对于其表面发生的变化十分敏感。细胞和石墨烯交互作用将使得石墨烯中分布的电荷重新排列,改变了原子振动的能量,这种变化可以被拉曼光谱仪检测到。由于癌细胞比较活跃,容易导致其表面更高的负电荷,由此可以分辨是否有癌细胞。
((a) 代表性模型显示细胞附着在石墨烯的过程,(b) 光学图像显示附着较少的癌细胞和附着较好的细胞)
该技术目前还处在癌症小鼠的试验阶段,结果表明该技术非常具有应用前景,今后将进一步利用病人活体组织进行试验。同时,该技术还致力于区分其他类型的正常细胞和癌细胞。Berry称:“一旦病人进行了脑部肿瘤手术,我们可以使用这种技术来观察手术后肿瘤是否复发。为此,需要可以和石墨烯相互作用的细胞样本,来观察癌细胞是否还存在。
半 导 体 材 料
随着以传统硅基半导体材料为基础的超大规模集成电路的性能逐渐逼近物理极限,摩尔定律逐渐显露出失效的趋势。为了打破即将到来的瓶颈、推动电子信息产业的持续进步,近年来新的半导体材料始终是材料领域的研发热点之一。以往的第三代半导体材料,以及石墨烯开创的二维半导体材料都曾被广泛关注。


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德国慕尼黑工业大学(Technical University of Munich;TUM)的研究人员合成了一种高度弹性的无机半导体材料——SnIP,最特别的是它具有像DNA的双螺旋结构。

这种新型的半导体主要由锡(Sn)、碘(I)和(P)三种元素构成,能够展现出非凡的光学与电子特性,并具备极端的机械柔韧度,其纤维约有几公分长,但可任意弯曲而不至于断裂。截至目前为止,最细的SnIP纤维仅包含5种双螺旋链,而且厚度只有几奈米。


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二维氧化锡(SnO)这个“小鲜肉”由犹他大学材料科学和工程学副教授艾舒托什·蒂瓦里领导的研究团队发现,它由锡和氧元素组成。目前,电子设备内的晶体管和其他元件由硅等三维材料制成,一个玻璃基层上包含有多层三维材料。但三维材料的缺陷在于,电子会在层内的各个方向四处弹跳。蒂瓦里解释道,而二维材料的优势在于,其由厚度仅为一两个原子的一个夹层组成,电子只能在夹层中移动,所以移动速度更快。


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石墨烯只有一层原子那么厚,具有无可比拟的导电性。全世界的专家们都在畅想石墨烯在未来电路中的应用。尽管有那么多的超凡属性,石墨烯却没有能隙。不同于普通的半导体,它的化学表现更像是金属。这使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。这项新发现证明,硒化铟晶体可以做得只有几层原子那么薄。它已表现出大幅优于硅的电子属性。而硅是今天的电子元器件(尤其是芯片)所普遍使用的材料。更重要的是,跟石墨烯不同,硒化铟的能隙相当大。这使得它做成的晶体管可以很容易地开启/关闭。这一点和硅很像,使硒化铟成为硅的理想替代材料。人们可以用它来制作下一代超高速的电子设备。
上述材料只是浩大的材料世界的沧海一粟,还有更多未知的神奇材料等着被发现。材料学的世界如此多彩,我们有什么理由不爱它呢?

资料来源:科技讯 360书库 网易科技

编辑:胡佳豪

审核:林佩怡

指导老师:蔡建华


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