小铅笔绘制新蓝图

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  1564年,英国人发现用石墨条写字绘画,比其他的笔更方便。尽管石墨条易碎、易断、又容易弄脏手,但仍不失为当时最快捷的记录工具。
  
  科学家的贡谳
  
  到了1761年,德国化学家法贝尔有推陈出新,把用石墨研制成的粉末和硫磺、锑等原料混合在一起,熔炼成细棒,外面用硬包装固定,从而使这种写字的笔不再脏手、不易折断,性能与形状与现代铅笔已无质的差别。
  毋庸置疑,铅笔发明是科学史上的一件大事。在铅笔的作用下,科学和文化驶入了快车道,因为铅笔问世几百年来,写字绘画变得方便至极,这是铅笔让人爱不释手,至今方兴未艾的原因之一。
  制造铅笔芯的石墨晶体,由六边形结构的碳原子组成,所以写出的字清晰长久。尽管如此,人们仍然未曾料想到这司空见惯的铅笔,在书写文字、绘制图案时留下的痕迹。中,竟大有文章可做。因为科学家的最新揭示:铅笔字迹中包含极少量碳箔物质,而且,这些碳箔薄片像蜂房那样,是以单层原子形式整齐排列的。过去,科学家以为组成碳箔薄片的碳原子不到100个,碳原子周边的化学元素又是氢,这将使碳箔薄片的优良特性大打折扣。于是看走了眼,以为这样的单层碳箔结构性能不稳定,很难找到用武之地。
  
  重新认识铅笔字
  
  现在情况不同了。科学家认识到铅笔字中的二。维物质——碳箔;极具科学价值。科学家乐观的认为,扮演下一次电子工业主角的角色,非它们莫属。
  这些新思想、新观点与英国曼彻斯特大学教授安德烈·吉姆的研究分不开。他首先在屯子显微镜下,观察到铅笔字中含有少量二维物质——碳箔薄片。他发观在铅笔字中的碳箔薄片,厚度仅有0.1纳米,与一个碳原子的厚度相当。而且这些碳箔薄片,比人们的预想大得多。一个碳箔薄片中竟含有十个亿多个碳原子,这就便靠近薄片缘分布的氢原子的影响力大为减少,从而使碳箔薄片性能稳定。安德烈·海姆还和俄罗斯微电子技术专家一起,分离出很小的卑层磺箔,证实这种碳箔薄片结构稳定、能单独存在。这些发现公开发表后;单层碳箔身价倍增,科学界对铅笔字中的碳箔刮目相看,争相研究!
  现在科学界相信单层碳箔是组成其他形态碳,如石棉、巴基球和碳纳米管的基本单位。由此,我们不难知道碳纳米管是卷起来的碳箔条,石墨则是堆叠在一起的碳箔薄片。
  
  碳箔薄片
  
  英特尔公司创始人之一的戈登·穆尔,于20世纪60年代提出著名的“穆尔定律”:硅芯片上的电子元件数量,是以18个月翻一番的速度发展的。1999年,贝尔实验室的科学家,将硅芯片的最终厚度定位在5个原子范围;那是硅芯片的应用极限。研究人员认为在2012年前后,硅芯片的尺寸可达到这一级别。这意味着寻找硅材料代用品,来适应计算机工业发展的需要,已属时不我待。
  与硅晶体管相比,在碳箔中电子移动起来更自由。所以用碳箔制造的晶体管,导通和关闭电流的速度更快,消耗的电能更少。碳在工作中产生的热量比硅少,占据的空间比硅小,而且碳箔薄片内部原子结构致密,气体无法渗透进来,所以性能牢固。碳箔薄片高出“硅”一筹的优良特性证明,用它制造芯片,集成化程度更高、体积可做得更小、更适合量子计算机的需要。
  
  江山代有人才出
  
  硅芯片的应用极限被确定在5个原子数量级,超过这一限度,必须使用新材料,这一点不容置疑。而在未来的量子计算机中,须由单个原子携带信息,碳箔薄片恰恰能担此重任。只是在现阶段人工研制的碳箔薄片,仍处在比针头还要小的状态!可见用它们取代硅材料,关键在于制造出大块碳箔薄片。
  好在科学界对碳箔薄片的前景,对它引发下一次电子革命的必要性充满信心。科学家相信,人类合成大块碳箔薄片之时,即是下二次电子革命到来之日!毕竟“江山代有人才出,各领风骚数百年”是大势所趋,潮流所至。
  更重要的是小铅笔绘制的这幅新蓝图,不仅超出了我们想像,使我们耳目一新,也深刻改变了我们的思维方式,不是吗?
  (责 编 林方时)
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