韓國整容術、日本化妝術、中國PS術，并稱為亞洲三大“邪術”。這個流傳已久的網絡段子相信很多人都看到過。不過今天，這幾大“邪術”恐怕還要加進一個新成員——石墨烯“折紙術”。

近日《科學》雜志發表了中國科學院院士、中科院物理研究所研究員高鴻鈞團隊的一項成果，他們在國際上首次實現了原子級精準控制、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”是一種把紙張折出各種特定形狀和花樣的藝術。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構。

這種游戲不但小朋友喜歡玩，科學家也樂在其中。受到這項藝術的啟發，折疊操縱經常被巧妙地用在很多科學技術前沿領域，用來構筑形狀與功能各異的結構、器件甚至機器。比如，在生物學領域，生物學家可以將DNA單鏈折疊成復雜的二維形狀。

在曾兩獲諾貝爾獎的石墨烯研究領域，科學家也同樣躍躍欲試。二維的石墨烯晶格結構被認為是其他眾多碳納米結構的母體材料，人們已經發現，石墨烯結構沿著某一方向卷曲，可以形成一維的碳納米管，而將具有五元環和七元環石墨烯結構彎曲成球型結構，即可形成富勒烯。在宏觀尺度下，科學家已經能夠構建出石墨烯功能器件甚至機器模型。

“理論預測發現，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特性的納米結構。”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，特別是根據特殊需要沿特定方向對石墨烯進行折疊，具有極大的挑戰性。

陳輝告訴《中國科學報》，實現石墨烯“折紙”要用到掃描探針操控技術，而要掌握這項技術，需要首先掌握掃描探針的原理，后期再經過長時間練習。“一旦掌握了，應用起來就會相對簡單。”他說，除了取決于技術本身外，材料尺寸大小、力學性質、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。陳輝等人首次實現了石墨烯納米結構原子級精準的可控折疊，并構筑出一種新型的準三維石墨烯納米結構。

這一成果一舉實現了石墨烯納米結構的原子級精準折疊與解折疊、同一個石墨烯結構沿任意方向的反復折疊、堆疊角度精確可調的旋轉堆垛的雙層石墨烯納米結構、準一維碳納米管納米結構的構筑，以及雙晶石墨烯納米結構的可控折疊及其異質結的構筑。

“這是一項非常有意思和創新性的工作。”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的雙層石墨烯結構，這是折疊電子學的一個重要進展；讓我印象至深的是他們構造了準一維的折疊邊界，這是科研人員第一次做出了如此精致的結構；更讓我難以置信的是他們得到了準一維的異質結，這么漂亮的結果我從來沒見過。”

科研人員還發現，通過石墨烯“納米折紙術”得到的準一維納米管異質結兩側的電子學性質不同。陳輝認為，這意味著它“可以用來構建信息器件的基本單元，如晶體管等”。

總之，這項研究對構筑量子材料和量子器件（機器）具有科學和技術上的雙重意義。也許在未來，人們有望利用這種“折紙術”，折疊出其他新型二維原子晶體材料和復雜的疊層結構，進而制備出功能納米結構及其量子器件，并研究其新奇的物理現象。

來源：科學網