电缆新材料-魔角石墨烯

我们这一次要说的一种新材料，有可能会给电缆材料领域带来新的变化，它就是魔角石墨烯.

有人说，不就是石墨烯吗，我早都知道了.

其实还真不是. 我们要讲的魔角石墨烯，可不是你理解的石墨烯.区别于石墨烯，魔角石墨烯有一个特点，那就是绝缘和超导会出现在同一种材料上.

这种材料在电缆领域能干什么用，我们还不知道，但它可能为电缆行业开启了一片未知海洋。

下面我们来认识一下它吧.

“魔角”确实像是一个有魔法的角度。石墨烯，本来是一种导电性比金属还要好的材料，但当两层石墨烯叠在一起，在一个特殊的角度下，就会突然变成绝缘体。

按我们一般的认识来看，绝缘体和超导体，这是两种极端的材料。绝缘体的电阻非常大，而超导体的电阻却是零。然而，当两层石墨烯处于特殊角度时，却可以轻易地跨过这两个极端之间的鸿沟。

你可以想象，有朝一日，你做的电缆，绝缘就是导体、导体又是绝缘，可以随意的变换.

做材料的人都知道，要找到具备某种特性的新材料，费时又费力。因为这项工作几乎只有一个办法，就是在大批的材料当中不断筛选，能不能找到，差不多纯靠运气。

但魔角石墨烯的研究，为材料学打开了新思路。它让科学家们意识到，材料学可以对材料的性能提前精准预测，减少大量的工作量。甚至，材料学可以根据物质性质的底层逻辑，构建出新的材料。

2020年5月初，中国青年科学家曹原，在同一期《自然》杂志上连发了两篇文章，介绍了他所在的团队在“魔角石墨烯”上的一些新发现。

要说这种新发型，还得从石墨烯说起。石墨烯是一种厚度只有一个碳原子的材料。更具体来说，碳原子会先构成六边形的单元，然后像铺瓷砖一样，在平面上扩展开。如果打比方的话，它的样子很像蚊帐。常见的蚊帐上就布满了六边形的孔，每一个孔就像是石墨烯里六个碳原子构成的单元。

如果我们随手把两层蚊帐叠在一起，六边形孔很难做到完全重合，总会有一定角度的错位。对叠成两层的石墨烯来说，这个角度会带来一个让人惊奇的变化：在特殊的角度下，本来导电性能比金属都要好的石墨烯，会突然变成绝缘体。

这个特殊的角度，就是“魔角”。当两层，或者更多层的石墨烯以这个角度叠在一起的时候，就被叫作“魔角石墨烯”。

其实早在2011年的时候，就有科学家通过理论预测发现，当两层石墨烯的夹角处于某个特定角度的时候，石墨烯的电学性能会突然发生变化。但在当时，只有理论，没有实验。

到了2018年，实验出现了。美国麻省理工学院的贾里洛-赫雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）团队在《自然》杂志发表论文，用实验证明了这个预测是成立的，中国科学家曹原就是第一作者。

他们在很低的温度下，对叠在一起的石墨烯进行扭曲，发现当两层石墨烯的夹角为1.08度的时候，就会出现预测中的突变，原本导电的石墨烯会突然变成绝缘体。

更让人叹为观止的是，只要再施加微小的电场，这个绝缘体又会变成超导体，这个实验结果超出了原本的理论预测。

2020年5月，曹原所在的团队又有了一些新的发现。

在他发表的其中一篇论文中，可以看到，在原有的基础上，他们研究了三种不同角度的双层石墨烯，三个角度分别是0.84度、1.09度和1.23度。

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在研究了以这几种角度堆叠的双层石墨烯后，曹原所在的团队得到了一个重要结论，他们揭示了魔角石墨烯具有“可调谐性”。这是个学科里的专有名词，但别担心，一点都不难理解。

打个比方来说，走廊的里的声控灯，会在有声音的时候亮起来。但是在一开始，没有人知道声音和灯光之间的联系。曹原在2018年的工作，就好比是发现了一种现象，就是从特定的角度对着声控灯喊，声控灯就可以在“亮”和“灭”之间自由地切换。

实际生活中当然不会有这种现象，但是石墨烯的世界里就发生了，所以很吸引眼球。

而在2020年的工作中，曹原进一步发现，还是在这个角度附近，灯光对于角度的变化非常敏感。你还是喊一嗓子，但是喊的时候稍微向左或者向右摇摇头，灯就不只是能在“开”和“关”之间切换，而且还能变换出各种各样的色彩。这就是所谓的“可调谐性”。

利用这种“可调谐性”，也许有朝一日，我们的电缆也会变成“声控”的.