《解读石墨烯及超新星》由会员分享，可在线阅读，更多相关《解读石墨烯及超新星（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、解读石墨烯和超新星陈镇平技术物理系 2012-4,新材料发现、新技术应用 与 Nobel 物理学奖系列讲座（三）,报告提纲,一、诺贝尔奖简介 二、 2010年诺贝尔物理学奖石墨烯 三、 2012年诺贝尔物理学奖超新星 附：本课题组工作,一、诺贝尔奖简介了解诺贝尔,阿尔弗雷德伯纳德诺贝尔（Alfred Bernhard Nobel, 1833.10.211896.12.10）是瑞典化学家、工程师、发明家、军工装备制造商和炸药的发明者。他曾拥有Bofors军工厂，主要生产军火；还曾拥有一座钢铁厂。人造元素锘（Nobelium）就是以诺贝尔命名的。,一、诺贝尔奖简介了解诺贝尔,诺贝尔一生都是在炸药研
2、究中度过的，终生未婚。他的一生共获得355项创造发明的专利权。诺贝尔研制炸药的目的是为了民用，但是，后来被人用于战争，使成千上万人死于非命，诺贝尔十分痛心。他在晚年决定拿出巨额财产中的大部分，设立基金，用每年的利息作为奖金，奖励给那些为科学、文学、和平等事业作出杰出贡献的人。,诺贝尔故居,一、诺贝尔奖简介了解诺贝尔,1901年诺贝尔基金委员会正式成立。委员会设物理、化学、生理学与医学、文学和和平五个小组，分别对世界各国在上述领域有突出成就的人进行遴选。瑞典皇家科学院负责评定诺贝尔物理学奖、化学奖和后来增设的经济学奖；斯德哥尔摩卡罗琳医学院负责评定生理学和医学奖；瑞典文学院负责评定文学奖；而诺贝
3、尔和平奖则由瑞典议会来评定。,一、诺贝尔奖简介了解诺贝尔奖,19012010年,“shall be annually distributed to those who shall have conferred the greatest benefit on mankind.,“The most worthy shall receive the prize，whether he be a Scandinavian or not.”,诺贝尔奖的奖金数视基金会的收入而定，其范围约从11000英镑（31000美元）到30000英镑（72000美元）。奖金的面值，由于通货膨胀，逐年有所提高，最初约为3万
4、多美元，60年代为7.5万美元，80年代达22万多美元。2001年每项诺贝尔奖奖金额为1000万瑞典克朗（约合95万美元）。之后几年大概都是这个数。,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,诺贝尔奖章正面镌刻有诺贝尔浮雕像，用罗马数字铸有其生卒日期；还刻有获奖者姓名、奖项、获奖年月。背面有赞词“多么仁慈而伟大的人物，人们仰赖他的贡献和发现，使得人们智慧生活更见充实”。,物理、化学、医学 文学、经济、和平,金质奖章约重半镑，内含黄金23K，奖章直径约为6.5厘米。不同奖项、奖章的背面饰物不同。每份获奖证书的设计也各具风采。,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,物理学奖、化学奖章：刻绘女神伊希斯从云中浮现，圣母握着象
5、征财富和科学智慧的号角，轻轻拉开女神的面纱，露出她冷峻的面容，象征人类文明的不断进步和发展生理学和医学奖章：图案为一位医学天才为了给病女孩解渴，正在收集从岩石上涌出的水，她的膝上放着一本打开的书,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,文学奖章：一个青年坐在一棵桂冠树下，入迷地听着、记录着缪斯女神的歌；,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,和平奖章：镌刻的诺贝尔肖像与其它奖章姿态不同，铭文“为了人类的和平与情谊”,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,经济学奖章：诺贝尔肖像与其它奖章形象不同，获奖者名字雕刻在奖章边上,一、诺贝尔奖简介诺贝尔奖章,爱因斯坦( Albert Einstein,18791955 ) 1921年的
6、诺贝尔物理学奖金是由于他提出了光的量子概念和发现了光电效应定律而获得的。,一、诺贝尔奖简介颁奖仪式,颁奖仪式隆重而简朴，每年出席的人数限于1500-1800人；男士燕尾服或民族服装，女士要穿严肃的夜礼服；仪式中的所用白花和黄花必须从圣莫雷空运来，这意味着对诺贝尔的纪念和尊重。（因为圣莫雷是诺贝尔逝世的地方）。,瑞典国王（中）及王室成员参加颁奖礼。,一、诺贝尔奖简介颁奖仪式,瑞典公主玛德琳出席诺贝尔奖颁奖礼,挪威王储哈肯王子和王妃麦特-玛丽特出席诺贝尔和平奖颁奖仪式,挪威王后Sonja和王妃麦特-玛丽特出席诺贝尔和平奖颁奖仪式,2007诺贝尔颁奖礼，王室名流云集,美籍华裔科学家钱永健获得诺贝尔化
7、学奖，难掩心中喜悦飞吻庆祝。2008,瑞典国王古斯塔夫向钱永健颁奖,钱学森的堂侄,李政道：生于上海，美籍华人，57年获物理学奖，31岁。 杨振宁：生于安徽，美籍华人，57年获物理学奖，35岁。 丁肇中：生于美国，美籍华人，76年获物理学奖，40岁。 李远哲：生于台湾，美籍华人，86年获化学奖， 50岁。 朱棣文：生于美国，美籍华人，97年获物理学奖，49岁。 崔 琦：生于河南，美籍华人，98年获物理学奖，59岁。 高行健：生于江西，法籍华人，20年获文学奖， 52岁。 钱永健：生于美国，美籍华人，08年获物理学奖，56岁 高 锟：生于上海，英籍华人，09年获物理学奖，66岁,华裔诺贝尔奖得主,
8、二、2010年诺贝尔物理学奖 石墨烯,This years Nobel Prize in Physics is awarded to For their discovery of graphene,Andre Geim and Konstantin Novoselov,2010年10月5日瑞典皇家科学院宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予在曼彻斯特大学工作的科学家、荷兰籍的安德烈海姆(左）和拥有英国及俄罗斯双重国籍的康斯坦丁诺沃肖洛夫师生二人，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。,二、2010年诺贝尔物理学奖 石墨烯,诺贝尔物理学奖评审委员会奖励他们“研究二维材料石墨烯的开创性实验”,评审委
9、员会发布的新闻稿称之为“完美原子晶体”，作为二维结构单层碳原子材料，强度相当于钢的100倍，导电性能好、导热性能强。,宣布获奖者并介绍获奖成果之后，评审委员会现场电话连线海姆，让他与记者互动。海姆前一天工作到晚9时，早晨接获评审委员会获奖通知时正在电脑前回复一份邮件。依照他的说法，前一天睡得不错。,“我今天打算继续工作，完成上星期没有写完的一篇论文，”他说，“我试着像以前一样生活，”,海姆认为，获得诺贝尔奖的有两种人：一种是获奖后就停止了研究，至此终老一生再无成果；一种是生怕别人认为他是偶然获奖的，因此在工作上倍加努力。“我愿意成为第二种人，当然我会像平常一样走进办公室，继续努力工作，继续平常
10、生活。”,磁场使青蛙悬浮在空中,2000年，搞笑诺贝尔物理学奖授予了荷兰人的安德烈-盖姆和英国人迈克尔-贝瑞，他们使用磁性克服了重力作用，使一只青蛙悬浮在半空中。他们的实验证实了虽然青蛙没有正常的磁性，但是它们放置在一个电磁场中可以实现磁性。而且这种磁性数倍强于磁共振成像(MRI)所产生的磁场。他们推测使用类似的方法可以试着克服一个人的重力作用，让他在半空中漂浮起来。,几个小时后，诺沃肖洛夫受到一名记者电话“骚扰”，却不愿放下手头实验，于是反问：“如果我现在不停下实验，是不是以后就不再有机会(接受采访)？” 诺沃肖洛夫是自1973年以来最年轻的物理学奖得主。,海姆和诺沃肖洛夫认为，石墨烯晶体管
11、已展示出优点和良好性能，因此石墨烯可能最终会替代硅。由于成果要经得起时间考验，许多诺贝尔科学奖项都是在获得成果十几或几十年后才颁发。而石墨烯材料的制备成功距今才6年时间，就获得了诺贝尔奖，这使诺沃肖洛夫感到意外。他说：“今天早上听说这个消息时，我非常惊喜，第一个想法就是奔到实验室告诉整个研究团队。”而海姆则表示，“我从没想过获诺贝尔奖，昨天晚上睡得很踏实”。,康斯坦丁诺沃肖洛夫年出生于俄罗斯的下塔吉尔，具有英国和俄罗斯双重国籍。年诺沃肖洛夫在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。在读博士期间，他就与安德烈海姆开始了合作研究。这两位教授的获奖，也使曼彻斯特大学现有的诺贝尔奖得主人数增加到名。“这真是一个好
12、消息。我们很高兴这两位教授在石墨烯方面的研究得到了诺贝尔委员会的最高肯定，”曼彻斯特大学校长南希罗斯韦尔说，“这又是一个在对科学的兴趣和实践基础上作出重大发现的例子，他们的发现具有重要的社会经济意义。”,石墨烯改变世界的新材料,这张图是电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14纳米,石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)的性质和相对论性的中微子非常相似。,石墨烯改变世界的新材料,人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有
13、序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。,石墨烯改变世界的新材料,石墨烯是至今发现的厚度最薄和的强度最高的材料。薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，厚度只有一个原子。虽然薄到极致却非常致密，即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它。令人惊讶的是，提取这种神奇的物质并不困难。这两位科学家最初是用透明胶带从石墨烯晶体上“粘”出一片石墨烯的(再这之前专家们都认为这东西只是理论上的物质，而且不可能稳定存在)。当然科学界都在关注石墨烯的研究进展。可以想象这种神奇的材料一旦投入实际应用将会给人类社会
14、带来多少革命性的变化,石墨烯的发现 2004年，两人领导的研究小组利用透明胶带，将一张纸上的铅笔笔迹进行反复粘贴与撕开，这使得石墨片的厚度逐渐减小，最终他们通过显微镜在大量的薄片中寻找到了厚度只有0.34纳米的石墨烯，而20万片石墨烯加在一起，才相当于一根头发丝。,最薄但也最硬 石墨晶体薄膜的厚度只有一个碳原子厚，强度却是钢材的100倍。它是目前室温导电速度最快、力学强度最大、导热能力最强的材料。 美国机械工程师杰弗雷基萨教授形象解释了石墨烯的强度：如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层
15、。,可做“太空电梯”缆线强度大且轻！不仅可以开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、可以制造出超坚韧的防弹衣，甚至还为“太空电梯”缆线的制造打开了一扇“阿里巴巴”之门。美国研究人员称，“太空电梯”的最大障碍之一，就是如何制造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里并且足够强韧的缆线，美国科学家证实，地球上强度最高的物质“石墨烯”完全适合用来制造太空电梯缆线！,太空电梯的理论很简单，其主要部件是一根钢缆，一头拴在大洋中的平台上，另一头则连在3.5万公里高空的卫星上。,太空电梯电脑效果图,人类通过“太空电梯”进入太空，所花的成本将比通过火箭升入太空便宜很多。为了激励科学家发明出制造太空电梯缆线的坚
16、韧材料，美国NASA（航空航天局）此前还发出了400万美元的悬赏,推动电子革命 瑞典皇家科学院称，石墨烯将推动新型材料的研发，并引发电子产品的新革命。“由于它基本上是透明的，而且有极好的导电性，石墨烯很适合制作透明的触摸屏，轻型显示屏，甚至太阳能电池。” 诺贝尔奖委员会发言人称，通常诺奖只奖励那些已经得到广泛实际应用的研究成果，但这一次，委员会强烈认为，应当明确认可石墨烯这种有巨大潜能的新型材料。,让电脑更敏捷 去年，海姆已经因其石墨烯领域的研究，荣膺科伯尔欧洲科学奖，其获奖理由是石墨烯这种新型材料“有望给微电子世界带来革命性变化”。而被问到未来石墨烯的实际应用时，海姆表示，其用途或许不可限量，“我希望石墨烯能像塑料一样改变我们的日常生活。” 作为一种新“超级材料”，石墨烯可用于制造卫星、飞机、汽车，并应用于超级计算机的研发。有科学家预测，石墨烯能代替现有晶体管的材料硅，使电脑运行速度更快。超级计算机,
