探索石墨烯的歷史:從愛迪生的實驗中發現

石墨烯,被認為是迄今為止發現的最薄材料,由一層以六邊形排列的碳原子組成。這種獨特的結構賦予石墨烯多種獨特的性能,使其成為各種應用的有望候選者,包括電池、超級電容器、天線、水過濾器、晶體管、太陽能電池和觸摸屏等。首位成功實驗室合成石墨烯的科學家於2010年獲得了諾貝爾物理學獎。然而,根據最近發表在《ACS Nano》期刊上的一項研究,19世紀的著名發明家托馬斯·愛迪生可能在一百多年前的白熾燈泡開創性實驗中無意間製造了石墨烯副產品。

"用我們今天擁有的技術和專業知識重現托馬斯·愛迪生的工作是令人難以置信的激動人心,"來自萊斯大學的化學家,該論文的合著者詹姆斯·圖爾說道。"愛迪生可能製造了石墨烯的可能性激勵我們探索在歷史實驗的編年史中還可能隱藏著其他什麼發現。如果我們的科學前輩現在在我們的實驗室,他們會問些什麼問題?通過現代視角重新評估他們的工作,我們能回答什麼問題?"

愛迪生並不是白熾燈泡概念的發明者,因為在他之前就已經存在多種版本。然而,這些早期的燈泡通常壽命很短,而且需要高電流,這使得它們不適合愛迪生的大規模商業化願景。他開始用不同的燈絲材料進行實驗,從碳化的硬紙板和壓實的燈黑開始,這些材料都很快燒壞了,與各種草和藤如麻和棕櫚纖維製成的燈絲一樣。最終,愛迪生發現碳化竹子是最佳的燈絲,其壽命在使用110伏電源的情況下超過1200小時。

萊斯大學的圖爾的研究生盧卡斯·埃迪致力於開發使用最少和成本最低的設備來大規模生產石墨烯的方法。他研究了像電弧焊機和自然事件如雷擊樹木的可能性—兩者都被視為“完全無效”。反之,愛迪生的燈泡被認為是其研究的理想目標之一。與其它早期的燈泡不同,愛迪生的版本實現了超過2000攝氏度的必要溫度,這是創造所謂的渦流石墨烯的閃爍焦耳加熱技術所需的。

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