首页

在经历了长时间的寒潮和低温后，

几天前，北京终于迎来了第一场雪。

边肖的冻结终于有了回报。

没必要从朋友圈玩雪。

如果你不会玩雪，那冻死也没有意义了！！

摄影:黄水机

除了白雪之外，

独自拿出一片雪花来欣赏，

这也是一个美丽的图案。

等等，

为什么提到雪花都是正面看的图案。

为什么从侧面观察雪花的视角很少。

雪花其实是二次元吗。！

01.雪花:努力长成酷酷的样子。

当人们看雪花的图案时，会惊讶地发现雪花的种类远远超出人类的想象早在20世纪30年代，人们就将雪花分为21类，这个数字伴随着时间的推移不断增加直到2013年，雪花有121个类别

当然121种分类太复杂了对于一般的赏雪和研究来说，下图列出的35种雪花的分类就足够有代表性了

关于雪花厚度的信息很少，但是我们可以通过简单的计算得到这个数据雪花的直径通常为0.05 ~ 4.6毫米，单个雪花的质量为0.2 ~ 0.5毫克，考虑一个直径为2毫米，质量为0.4毫克的雪花，冰的密度为0.92克/立方厘米，厚度约为0.01毫米，不到一根头发的厚度直径是厚度的200倍，难怪研究雪花时通常不考虑侧面

当然，这不是绝对的比如上面列举的25种雪花，如棱柱形，双柱形，骨骼形等，都是立体形状，雪花的厚度也不容忽视

在这么多形状中，最常见的形状是六角形这个六角星的形状不是随机的，它和水分子的结构有关一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，两个键有一定的角度水分子结合成晶体时，水分子的氧原子会与其他水分子的氢原子形成氢键这种氢键结构决定了水分子构成的晶体，宏观上是六角星

当充满水蒸气的空气遇到低温环境时，其中的水蒸气会以空气中的尘埃为核心聚集，这样的尘埃就是成核点水蒸气先液化成小水滴，这就是雨的由来，如果温度足够低，水滴会凝固成小冰晶冰晶一开始是六棱柱的形状，边缘的冰晶生长得更快，最终形成六角星形雪花

在这个生长过程中，由于氢键的影响，水分子倾向于水平结合，因此雪晶在水平方向生长较快，在垂直方向生长较慢，形成非常薄的六角星形晶体。

02.石墨烯:诞生于二次元。

雪花虽然很薄，但还是有十几微米的厚度，大概是几万个原子考虑到现在可以直接用STM操纵单个原子，雪花显然还可以进一步垂直分割，并不是真正的纸雪

考虑到大型加速器的制造难度，我们可以认为单个原子的直径是材料尺寸的最小数量级如果一种材料只有一个原子厚，而它的面积非常大，远远超出了厚度的数量级，那不是二维材料吗

二维物质存在吗当然，比如说——石墨烯

2004年，英国曼彻斯特大学的Geim团队发现，用胶带反复粘贴和折叠石墨，最终可以得到只有一层碳原子的材料，他们将其命名为石墨烯这种新材料的发现开辟了材料科学研究的新方向——二维材料时至今日，二维材料的研发和产业化仍在继续

石墨烯最常见的制备方法就是上面提到的机械剥离法，用胶带直接剥离石墨晶体这种方法简单快捷，得到的石墨烯面积大，真的是石墨烯薄膜研究的必备技能

通过机械剥离法从石墨晶体中获得单层石墨烯，这是一种自上而下的制备方法除了机械剥离法，还有液相剥离法，属于自上而下制备法

自上而下制备法的原理是不同石墨烯层之间的相互作用是范德瓦尔斯相互作用，而同一石墨烯层中的碳原子通过共价键结合高中化学知识告诉我们，共价键的强度比范德瓦尔斯相互作用强得多因此，通过破坏层间的相互作用，从石墨晶体中剥离，可以得到单层石墨烯

既然有自上而下的方法，自然就有自下而上的方法所谓自下而上，就是从单个碳原子开始，不断与其他碳原子结合，在基底上横向扩大面积，最后生长成单层石墨烯薄膜

石墨烯生长图，其生长可分为几个阶段:成核—岛生长—岛连接—厚度增加。

那么石墨烯为什么会吸引这么多人来研究呢当然，因为它的性能很好比如它是已知强度最高的材料之一，韧性好，它具有优良的导热性和导电性，在热电领域具有广阔的应用前景从能带的角度来看，石墨烯具有特殊的狄拉克锥能带结构，可以作为研究量子霍尔效应的平台

03，双向衬托:次元不是爱，想买就买。

在2D的过程中，三维物体上的每一个点都是按照精确的几何规则投影到2D平面上的，这样这个2D体就变成了原始三维空间船和三维人体的两张最完整，最精确的图纸，其内部的所有结构都毫无遮掩地排列在平面上，但其映射规则与工程制图完全不同，很难通过想象直观地复制原始的三维形状。

双向陪衬，最有诗意的名字，给人最大的震撼，直接操纵宇宙的维度，实现真正的降维打击《三体》一书详细描述了二维太阳系在双向箔片作用下的过程，本节开篇段落就是其中之一

那么现在二维材料的发展在哪里，离双向贴膜还有多远。

如前所述，大多数二维材料是通过自上而下或自下而上的方法制备的直接降维的方式，比如双向贴膜，对于人类现有的理论和技术是不可能的

自石墨烯发现以来，二维材料的发展主要集中在制备，表征和应用领域到目前为止，已经发现了六方氮化硼，过渡金属硫族化物，主族金属硫族化物，硅烯，锗烯等多种二维材料，在高频晶体管，场效应晶体管，高效发光，光电探测器等应用方面取得了重要突破

但这远不是二维材料的成熟应用，更不是双向衬托正如石墨烯之父盖姆在最近的一次采访中所说:市场上有数百种所谓的‘石墨烯产品’，但我不认为它们是实用意义上的革命性和颠覆性产品石墨烯在其中发挥了作用，但没有那么神奇，没有石墨烯就不行

当人类能够熟练地制作，包装，使用双向陪衬，或许就能达到歌者文明的科技水平，以空间为剑，以时间为歌。

我看到了我的爱。

我飞到她身边。

我递给她一份礼物。

那是一小片凝固的时间

时间里有美丽的条纹

感觉像浅水里的泥一样软。

她在全身涂上了时间。

然后拉着我飞向存在的边缘

这是一次精神上的逃亡。

我们眼中的星星就像幽灵一样。

我们也像星星眼里的鬼。"

——《三体》

参考资料:

徐红，，李阳，杨天忠，包，刘，，刘天生，邢杰，，周兴江，黄源新的机械解理方法在二维材料研究中的应用物理学报，2018，67: 218201土井指数:10.7498/APS . 67