在忍受了漫长的寒潮低温之后,前几天的北京终于是迎来了初雪,小编的挨冻也终于有了回报,不必再从朋友圈“云玩雪”了。不能玩雪的挨冻是没有意义的!!
除了白皑皑的雪景,单独拿出一片雪花来欣赏,也是一幅美丽的图案。等等,为什么提到雪花都是正面看到的图案?为什么鲜有从侧面观察雪花的视角?难道雪花竟是二次元?!
当人们将目光投向雪花的图案,就会惊讶地发现雪花的种类远超出人类的想象。早在上世纪30年代,人们将雪花分为了21类,随着时间的推移,这个数字不断增加,直到2013年,雪花已经有了121种分类。当然121种分类过于复杂,对于一般的赏雪与研究来说,下图中列出的35种雪花的分类便足够具有代表性。
很少有资料提到雪花的厚度,但我们可以简单计算得到这一数据。雪花的直径通常在0.05~4.6mm之间,单个雪花的质量在0.2~0.5mg,考虑一片直径2mm、质量为0.4mg的雪花,密度采用冰的密度0.92g/cm3,其厚度大约是0.01mm,还不到一根头发丝的厚度。直径是厚度的200倍,难怪在研究雪花时通常不考虑侧面。
雪花虽然很薄,但仍有十几个微米的厚度,大约是几万个原子的量级,考虑到现在可以通过STM直接操纵单个原子,雪花显然还可以在纵向上进一步分割,不是真正的“纸片雪”。
二维材料存在吗?当然,比如——石墨烯。话说在2004年,英国曼彻斯特大学的Geim团队发现,利用胶带将石墨反复粘贴折叠,最后就可以得到仅仅只有一层碳原子的材料,他们将其命名为石墨烯。这一新材料的发现开辟了材料学研究的新方向——二维材料。
“在二维化的过程中,三维物体上的每个点都按照精确的几何规则投射到二维平面上,以至于这个二维体成为原三维太空艇和三维人体的两张最完整最精确的图纸,其所有的内部结构都在平面上排列出来,没有任何隐藏,但其映射规程与工程制图完全不同,从视觉上很难凭想象复制原来的三维形状。”
正如之前所言,现在的二维材料大多通过“自上而下”或“自下而上”方法制备得到。像二向箔这种直接进行降维的方式是人类现有理论和技术都无法实现的。从发现石墨烯开始,目前二维材料的发展主要集中于制备、表征与应用领域。至今已经发现了六方氮化硼、过渡金属硫族化合物、主族金属硫族化合物、硅烯、锗烯等多种二维材料,在高效发光及光电探测器等应用上取得了重要的突破。