“石墨是自然界中常见的层状材料,层内碳原子以强共价键结合,层间仅靠微弱的范德华力维系……”
“业内长期普遍认为:严格的二维晶体,在常温下无法稳定存在,因为热力学涨落会破坏其晶格结构。”
“这个结论始终缺乏直接的实验验证。”
“此外,碳基材料家族中,富勒烯(0维)和碳纳米管(1维)的发现,先后引发了研究热潮。”
“而二维碳材料始终是一个空白!”
“如果能获得单层碳原子膜,不仅能在理论上验证二维晶体的稳定性,更可能在物理性质上带来意想不到的突破。”
这是韩文韬博士毕业论文的研究背景和意义。
他开始搭配ppt,开始讲述材料的演进,单层石墨烯早期的尝试和瓶颈、以及自己这篇论文整个研究的定位。
“本研究正是针对上述空白,提出了一种极其简单却又极其有效的方法:微机械力剥离法,俗称‘胶带法’,并系统开展了对其结构表征和电学性质的研究。”
“创新点:首次通过机械剥离法,成功制备出可独立存在的单层石墨烯,实验证实了二维晶体在常温下的稳定性。”
“首次发现石墨烯在场效应晶体管中,表现出显着的栅极电压调控能力,证实其为零带隙的‘半金属’材料。”
“首次在单层石墨烯中观测到室温量子霍尔效应,揭示了其载流子为无质量狄拉克费米子的独特性质!”
“建立了从‘光学识别→AFm定厚→拉曼指纹→电学输运’的完整表征体系!”
搭配ppt,韩文韬详细介绍了创新点,以及单层石墨烯的详细制备方式。
随后介绍了在光学显微镜下、原子力显微镜下,单层石墨烯呈现情况。
之后介绍了石墨烯:电输运性质、拉曼光谱指纹。
总结了本研究证明了石墨烯存在。
打破了业界‘二维晶体不可稳定存在’的理论预言。
不足的地方是:原始的机械剥离法产率低,产品面积小,难以实现规模化应用。
缺乏对石墨烯带隙工程的系统研究
目前,仅在实验室级器件上完成验证,尚未开展大面积阵列化集成研究。
“感谢导师的指导与支持!”
“感谢前沿科学实验室、【北辰精密】在工艺和检测设备上的协助。”
韩文韬这个论文研究讲述完成。
现场……陷入了诡异的寂静!
几位答辩委员会院士,你看看我,我看看你……嘴巴张了张,却没发出声音。
只有旁听的涂明院士,一脸笑容……看着几位答辩委员会院士,心里笑开了花!
这个研究成果,可以说:简单。
可就是因为简单,越是能轻松证明它的真实性。
旁听的学校高层、其他学院领导、以及院士。
这时候都看着身边旁听的:涂明院士。
看着涂明院士一脸笑容……怎么感觉是在坏笑?
而且,一般来说,作为老师,学生答辩确实要回避、旁听……其实也是可以说两句。
一般都会给评委说两句。
但是涂明院士没有!
‘石墨烯’的研究成果,还需要他说什么吗?
要知道,博士答辩,论文也是需要审核的。
蜀汉大学只用了一天时间:去撕胶带……证明了韩文韬的论文和研究成果没有问题。
快速推进这场答辩。
答辩委员会的几位都是院士,多位是材料领域的院士。
对石墨还不够了解吗?
撕胶带……撕出石墨烯?!
非常容易验证,脑海里分析、推理一下,基本就能确定。
答辩完成后,回去学校或者实验室,可以自己去‘撕胶带’看看:石墨烯究竟是个什么样?
但是现在,答辩依旧要进行。
“韩文韬同学这项研究,非常有意义……其发现打破了‘完美二维晶体无法在常温稳定存在’的理论认知!”
孔院士率先开口,确定了韩文韬研究的非凡意义,同时有些好奇问道:“你是怎么想到撕胶带的方法?你怎么证明撕下来的不是石墨碎片,而是真正的单层石墨烯?”
“谢谢老师的提问……这个方法,是我推导出,最简单、最实用的方法。”
“我通过一套多维度的体系,证明‘撕胶带’获得的不是石墨碎片,而是:单层石墨烯!”
“光学干涉衬度:利用300nm氧化层硅片,通过颜色定位!”
“原子力显微镜(AFm):精确测出厚度在0.4~0.8nm之间,符合单层物理尺寸!”
“拉曼光谱(Raman):2d峰尖锐且强度是G峰的2倍以上,这是单层独有的特征!”
“他们同时成立,我才确定那是单层石墨烯,而不是石墨碎片!”
傅院士也提了一比较现实的问题:“你提了那么多美好的应用前景,比如超高速芯片、电池添加剂、复合电极材料……但你的样品只有几微米大,而且你也承认产率极低,如何实现商业化?研究的现实意义在哪里?”
韩文韬依旧是镇定,面带微笑,还有一种……骨子里的自信。
这是很多人看韩文韬,一直都能感觉到的。
也是【原子重组】带给他的自信。
对于商业化这个问题,韩文韬说道:“谢谢老师务实的提问,石墨烯的发现,将告诉全世界‘原来二维材料真的存在且稳定’……我们可以通过化学气相沉积(cVd)法和液相剥离法实现量产。”
“说一下……这两项研究,我都已经有相关成果,并且同步提交了大量专利,商用会比想象中的快!”
“……”
韩文韬回答问题,直接说出:两种方法可以扩大产能。
但是又补充:两种方法,他已经有研究成果,还申请大量专利?
连韩文韬的老师——涂明院士脸上都露出无奈的表情。
但这也符合韩文韬的风格。
三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠离子电池、几种固态电池路线……韩文韬都是疯狂申请专利。
上万件,专利你以为是怎么来的?
几个评委院士也跟着笑了笑,原本还认为,韩文韬说出石墨烯量产制备方法,可能会泄密?
作为院士,保密意识非常强。
韩文韬开口的时候已经在想,要不要打断?或者答辩后签一份保密协议?
结果?
韩文韬保密意识也不差……他是说了石墨烯量产的方法,可他公布出来,是因为他已经把专利申请了。
那就没事了!
随后,几个院士又问了几个问题。
石墨烯是“半金属”,它和半导体的本质区别?
做了多少次实验才找到这一片石墨烯?
后人重复你的实验,十个里面有几个能成功?
韩文韬都给出了答复。
这个答辩结束,韩文韬和在场所有旁听的院士、学校、学院领导离场。
答辩委员会将举行闭门会议。
闭门会上,委员会进行无记名投票表决。
6位院士,全票同意和通过韩文韬论文答辩。
“答辩人对答辩委员会提出的问题,做了准确回答,……经全体答辩委员会委员评议和无记名投票表决,一致通过韩文韬同学该论文答辩!“
“建议授予博士学位!”
“恭喜你,韩文韬同学,你这项研究,意义重大,颠覆了‘二维晶体无法稳定存在’的结论,在整个材料领域,你的这项成果都将被铭记!”
作为此次答辩委员会主席,燕大孔院士对韩文韬即将博士毕业、以及其研究成果表示恭喜。