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「黑黃金」劃時代誕生 認識石墨烯的過去與未來

撰文:謝德勤
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從石器、青銅、鐵器時代到現今的「矽時代」,每一樣物料的發現都象徵著人類科技的進程。過去,矽為我們帶來電子產品、網絡及晶片,促進我們生活的便利。然而當大家滿足於矽的發展時,有否想過一種神奇的物料已經誕生:它導電性強、重量輕又具彈性、強度比鋼鐵高二百倍,被大家視為「黑黃金」,讓無數科學家與商家趨之若鶩,它的出現將為我們未來的生活帶來顛覆性的改變,它就是石墨烯。

石墨烯的出現只有短短十多年,但它對我們來說一點也不陌生,因為它是源自古老的石墨,鉛筆便含有這種成分。當大家以為要分離石墨烯是一件困難的事時,英國曼徹斯特大學做相關研究的兩位俄裔教授Andre Geim及Konstantin Novoselov卻成功將它從石墨中分離出來。

Andre Geim及Konstantin Novoselov著重冒險精神,喜歡探索不同領域,刺激思維。
石墨的表面滑膩,輕輕一碰雙手便會沾滿黑色點點。

「有些事情是隨意、簡單、也許有點奇怪,甚至是荒謬的。可是沒有這些意念,就沒有新發現。」誰會想到Andre Geim與Konstantin Novoselov竟用黐膠紙的方法就可從石墨中分離出石墨烯。當研究人員用顯微鏡觀察石墨前,通常會用膠紙先清潔樣本,二人忽發奇想,不停用膠紙重複黏貼附在膠紙上的石墨,最後成功黏出一層薄薄的石墨烯。自2004年起,他們便開始將樣本寄給全世界的科學家,讓大家能一起繼續進行研究。到2010年,二人雙雙憑「在二維石墨烯材料的開創性實驗」獲得諾貝爾物理學獎。

石墨烯的特質令人嘖嘖稱奇,想不到獲取它的方法也令人意想不到。2004年,俄裔教授Andre Geim與Konstantin Novoselov成功利用膠紙分離出石墨烯。
Andre Geim與Konstantin Novoselov發現石墨烯後,就將樣本寄給世界各地的科學家,與他們分享成果,推動研究。

目前這種物料仍未被廣泛使用,不過在英、美及亞洲地區已經出現了相關研究的風潮。石墨烯作為「黑黃金」,對我們來說就如萬能的材料,在電子、能源、醫藥及環保方面都帶來新希望。例如它的導電性強,可用來製造電池,應用在電動車、電腦及手機上;以這種物質來製造交通工具,可以使其更快速和輕巧,大大節省交通時間和成本;如果將石墨烯混進衣物製造原料,更可變成健康衣物,隨時為我們監察身體狀況,有助未來的醫療發展。此外,在天然資源匱乏的今天,潔淨的水源是全人類都關注的問題,以石墨烯製成濾水膜,能加快過濾的速度,減少耗能,同時可將海水轉化為食水,解決食水危機。

石墨烯作為神奇的物料,極具前瞻性,更有很多值得我們探索的特質,是次香港科學館便聯同曼徹斯特科學和工業博物館合辦石墨烯展覽,讓大家能一起了解這種創新物料的歷史、背景及發展。展覽亦獲得香港理工大學應用物理學系的支持,使大家可以探索石墨烯以外一些有趣二維材料的特性。

曼徹斯特科學和工業博物館為這次展覽提供了大量科學展品,其中有不少古舊的原子模型是以前的教學工具。

科技前瞻—創新材料石墨烯

展期:2017/12/15至2018/04/18
地點:香港科學館特備展覽廳
票價:$30,$5(全日制學生)
詳情: hk.science.museum/ms/graphene2017