中国科学家“重塑金身”神话成真!单原子层金属突破改写材料史

Leaf 2025-03-13 19:15:26
【开篇爆点】从哪吒神话到实验室奇迹:金属材料迎来“莲藕肉身”

当哪吒用莲藕重塑肉身的传说跨越千年,中国科学家正以另一种方式演绎现代版“造物神话”。2025年3月13日,中国科学院物理研究所宣布了一项震撼全球的成果——成功制备厚度仅为头发丝直径20万分之一的单原子层金属!这项被称为“为金属重塑金身”的研究,不仅填补了二维材料领域长达20年的空白,更被《自然》期刊审稿人誉为“开创性突破”

为什么这项成果如此重要?想象一下,将一块边长3米的金属块压成单原子层厚度,其面积足以覆盖整个北京市。这种被称为“二维金属”的材料,未来可能彻底改变电子设备、能源催化甚至量子计算的面貌。而它的诞生,源自中国科研团队对“不可能”的挑战——从“压缩饼干”中剥离出“千层饼”。【技术突破】从“压缩饼干”到“千层饼”:如何破解百年材料困局?1. 二维材料的“先天缺陷”:97.5%的材料为何无法突破?

自2004年石墨烯被发现以来,二维材料家族迅速扩张,但始终存在一个致命局限:它们只能从层状材料(如石墨)中剥离,这类材料仅占自然界材料的2.5%。而占据材料库97.5%的金属等非层状材料,因原子间存在强金属键(类似压缩饼干结构),被认为无法制成单原子层。

关键难题:金属的每个原子在三维空间紧密连接,传统方法如同用粗糙模具压制面团,难以实现原子级平整。

2. 范德华挤压术:中国团队的“原子级造物之手”

张广宇研究员团队受传统锻金工艺启发,自主研发“范德华挤压技术”:

核心技巧:使用原子级光滑的单层二硫化钼作为“压砧”,将熔化的金属挤压至埃米级(1埃米=0.1纳米)厚度。

成果数据:成功制备铋、锡、铅等二维金属,最薄仅6.3埃米(A4纸百万分之一),且稳定性超1年无性能衰减。

颠覆性发现:单层铋电导率比块体金属高10倍,电阻可通过电场调控35%,远超传统金属的1%。

科学意义:这项技术首次证明非层状材料可被原子级操控,为二维材料家族补上最大一块拼图。【应用前景】二维金属:人类文明的“下一个铁器时代”1. 电子革命:手机透明如玻璃,电脑功耗降低99%?

张广宇团队指出,二维金属将催生四大领域变革:

超微型晶体管:芯片体积缩小至纳米级,手机可折叠成卡片大小。

透明柔性屏:显示屏像保鲜膜一样轻薄,甚至融入建筑玻璃。

量子计算突破:二维金属是研究量子霍尔效应、超导现象的绝佳载体。

极致高效催化:新能源电池效率提升,氢能制备成本大幅降低。

2. 文明跃迁:从青铜器到二维金属的史诗级跨越

“就像三维金属引领了铜器、铁器时代,二维金属将定义人类下一阶段文明。”杜罗军研究员如此比喻。未来,这项技术还可能拓展至合金、非晶材料,为量子计算机、光子芯片铺路。【幕后故事】7年磨一剑:实验室里的“中国标签”之战

设备改造传奇:面对进口设备的天价,团队用几万元改造设备,达到百万级精度。

博士生“唯一成果”:论文第一作者赵交交历时7年完成博士课题,期间无数次失败,最终攻克原子级平整难题

国际竞争:“石墨烯是英国人的标签,而二维金属将贴上中国名字。”张广宇的宣言背后,是中国基础研究的崛起。【结语】二维金属:一场材料革命,一场文明重构

当神话照进现实,中国科学家用“原子级造物”改写了材料学历史。这项突破不仅是实验室的胜利,更预示着:

技术普惠:未来每个人的生活都将被更轻、更强、更智能的材料重新定义。

国家战略:在量子科技、新能源的全球竞争中,中国已占据关键制高点。

互动话题:👉 你期待二维金属最先改变哪个领域?手机透明化、零功耗电脑,还是革命性新能源?评论区聊聊你的“未来预言”!

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