据美国《世界日报》报道,从铅笔石墨中提取的石墨烯,竟然比钻石还坚硬,强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍,这项科学发现刊登于近期的《科学》杂志,作者是两位哥伦比亚大学的研究生,来自中国安徽省的韦小丁和韩裔李琩钴。
关于石墨的热传导和导电性方面的研究存在已久,但是关于其强度的研究并不多见,自2004年英国学者开始测试石墨烯的力学性能以来,这是世界上第一次成功测试,并验证了经典力学中有关原子与原子间直接强度的理论。
28岁的韦小丁2003年自中国科技大学近代力学系毕业后,入读哥伦比亚大学机械工程学系,现在是该系教授Jeffrey Kysar指导的博士研究生;李琩钴为博士后,正接受该系James Hone教授指导。
两人于7月18日《科学》杂志上发表的这篇《测试单层石墨烯的力学性能以及固有强度》文章,就是利用钻石探头按压单层的石墨烯,测试其模量和断裂强度,结果发现其强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍,如果能加以利用,不仅可以造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣,甚至还可以制作23000哩长伸入太空的电梯,实现人类坐电梯进入太空的梦想。而且,他们的实验为将来类似的测试提供了标准方法。
这个实验耗费韦小丁和李琩钴大半年的时间。当时为了取样单层的石墨烯,两人头疼不已,后来想到了一个“有趣的办法”——利用透明胶,把石墨粉粘起来,然后贴到带有无数个直径仅有1至1.5微米(一微米是人头发丝直径的大约一百分之一)的圆型小孔的硅板上面,这样小孔中就有一个碳原子厚度的、无缺陷的石墨烯薄膜。在实验中,一开始是利用硅探头来按压石墨烯薄膜,但是,很快发现硅探头的强度不够,往往是石墨烯薄膜未破,硅探头就断了,后来就只能改用半径大概为10至30纳米的钻石探头来按压,以得到薄膜被破坏时的应力值。
Jeffrey Kysar教授对学生的研究成果感到非常高兴,他打比方说,单层石墨烯的强度,就像把大象的重量加到一支铅笔上,才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一样厚度的单层石墨烯。