韓國整容術(shù)、日本化妝術(shù)、中國PS術(shù)，并稱為亞洲三大“邪術(shù)”。這個流傳已久的網(wǎng)絡(luò)段子相信很多人都看到過。不過今天，這幾大“邪術(shù)”恐怕還要加進(jìn)一個新成員——石墨烯“折紙術(shù)”。

近日《科學(xué)》雜志發(fā)表了中國科學(xué)院院士、中科院物理研究所研究員高鴻鈞團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)成果，他們在國際上首次實(shí)現(xiàn)了原子級精準(zhǔn)控制、可按需定制的石墨烯折疊，這也是目前世界上尺寸最小的“石墨烯折紙”。

“折紙術(shù)”是一種把紙張折出各種特定形狀和花樣的藝術(shù)。人們通過精妙的手法，能夠把一張簡單的紙變換出各種各樣的三維結(jié)構(gòu)。

這種游戲不但小朋友喜歡玩，科學(xué)家也樂在其中。受到這項(xiàng)藝術(shù)的啟發(fā)，折疊操縱經(jīng)常被巧妙地用在很多科學(xué)技術(shù)前沿領(lǐng)域，用來構(gòu)筑形狀與功能各異的結(jié)構(gòu)、器件甚至機(jī)器。比如，在生物學(xué)領(lǐng)域，生物學(xué)家可以將DNA單鏈折疊成復(fù)雜的二維形狀。

在曾兩獲諾貝爾獎的石墨烯研究領(lǐng)域，科學(xué)家也同樣躍躍欲試。二維的石墨烯晶格結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是其他眾多碳納米結(jié)構(gòu)的母體材料，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，石墨烯結(jié)構(gòu)沿著某一方向卷曲，可以形成一維的碳納米管，而將具有五元環(huán)和七元環(huán)石墨烯結(jié)構(gòu)彎曲成球型結(jié)構(gòu)，即可形成富勒烯。在宏觀尺度下，科學(xué)家已經(jīng)能夠構(gòu)建出石墨烯功能器件甚至機(jī)器模型。

“理論預(yù)測發(fā)現(xiàn)，在原子尺度，通過對石墨烯的彎曲折疊，可以做出具有新奇電子學(xué)特性的納米結(jié)構(gòu)。”論文第一作者、中科院物理所博士后陳輝說。

但是，原子尺度上的事兒，可不是幼兒園小朋友做手工。在單原子尺度精確地折疊石墨烯，特別是根據(jù)特殊需要沿特定方向?qū)κ┻M(jìn)行折疊，具有極大的挑戰(zhàn)性。

陳輝告訴《中國科學(xué)報(bào)》，實(shí)現(xiàn)石墨烯“折紙”要用到掃描探針操控技術(shù)，而要掌握這項(xiàng)技術(shù)，需要首先掌握掃描探針的原理，后期再經(jīng)過長時間練習(xí)。“一旦掌握了，應(yīng)用起來就會相對簡單。”他說，除了取決于技術(shù)本身外，材料尺寸大小、力學(xué)性質(zhì)、探針與材料的相互作用、材料與基底之間的相互作用等，都會影響“折紙”的成功率。

不過，這一系列困難都被科研人員克服了。陳輝等人首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米結(jié)構(gòu)原子級精準(zhǔn)的可控折疊，并構(gòu)筑出一種新型的準(zhǔn)三維石墨烯納米結(jié)構(gòu)。

這一成果一舉實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級精準(zhǔn)折疊與解折疊、同一個石墨烯結(jié)構(gòu)沿任意方向的反復(fù)折疊、堆疊角度精確可調(diào)的旋轉(zhuǎn)堆垛的雙層石墨烯納米結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)一維碳納米管納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，以及雙晶石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控折疊及其異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑。

“這是一項(xiàng)非常有意思和創(chuàng)新性的工作。”該論文的一位審稿人評論稱，“讓我印象深刻的是作者折疊出角度可調(diào)的雙層石墨烯結(jié)構(gòu)，這是折疊電子學(xué)的一個重要進(jìn)展；讓我印象至深的是他們構(gòu)造了準(zhǔn)一維的折疊邊界，這是科研人員第一次做出了如此精致的結(jié)構(gòu)；更讓我難以置信的是他們得到了準(zhǔn)一維的異質(zhì)結(jié)，這么漂亮的結(jié)果我從來沒見過。”

科研人員還發(fā)現(xiàn)，通過石墨烯“納米折紙術(shù)”得到的準(zhǔn)一維納米管異質(zhì)結(jié)兩側(cè)的電子學(xué)性質(zhì)不同。陳輝認(rèn)為，這意味著它“可以用來構(gòu)建信息器件的基本單元，如晶體管等”。

總之，這項(xiàng)研究對構(gòu)筑量子材料和量子器件（機(jī)器）具有科學(xué)和技術(shù)上的雙重意義。也許在未來，人們有望利用這種“折紙術(shù)”，折疊出其他新型二維原子晶體材料和復(fù)雜的疊層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備出功能納米結(jié)構(gòu)及其量子器件，并研究其新奇的物理現(xiàn)象。

來源：科學(xué)網(wǎng)