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       1．制取單層石墨分子，開發(fā)其應用

       單層石墨分子（又稱石墨烯，graphene）是一種由一層碳原子組成的二維納米碳材料，厚度為0．35nm。近年來國內(nèi)外化學家已從事這方面的研究工作，使用傳統(tǒng)的氧化法解理石墨片，還原離心分離得到單層石墨氧化物，可以批量制備單層石墨。目前發(fā)現(xiàn)單層石墨的導電能力和載流密度都極為優(yōu)良；它的復合材料具有優(yōu)良的機械性能；利用聚噻吩作為電子給體，單層石墨為受體形成的體相異質(zhì)結(jié)有機光伏電池，達到了1．4％的光電轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)這些性質(zhì)，單層石墨被認為有廣泛的應用前景，有望在微電子、機械和醫(yī)學等領(lǐng)域研制出新的性能優(yōu)異的新材料。

       2010年，諾貝爾物理學獎授予安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫，以表彰他們開發(fā)利用單層石墨所作的貢獻。化學家應趁此時機深入研究，獲得真正實用的成果。

       2．制纜繩造天梯

       人造地球衛(wèi)星圍繞地球運行，觀察太空中的奧秘、傳遞人間的電信，了解地球的動態(tài)。這是20世紀后半葉以來人類征服自然的重大進展。衛(wèi)星中的宇航員坐在艙中，用火箭發(fā)射上太空，人在艙中生活，需要水、食物和空氣，在空中停留的時間不能太長，還要設(shè)計種種設(shè)施和條件讓他安全返回，有人考慮造一條太空梯，通過它和衛(wèi)星聯(lián)系，輸送人員和物資。

       一根長達數(shù)百公里的天梯，一端拴在海洋平臺上，另一端連接在和地球同步運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星上。衛(wèi)星運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心カ，得到一個向外空的張力，抵消地球?qū)πl(wèi)星和天梯的引力，架起天梯。

       實現(xiàn)架設(shè)天梯的關(guān)健技術(shù)和材料是制造出堅韌的纜繩，由纜繩編制成天梯。目前最佳的制作纜繩的材料是碳納米管，它和鋼繩相比，強度比相同粗細的鋼繩大100倍，密度只有鋼繩的1／6?？估瓘姸瘸^對自身重量的拉力，具有制作天梯的性能。

       單層碳鈉米管可看做由層形石墨分子卷曲而成，如圖8．1．2所示。圖中示出的管的直徑和球碳C60相似，約為1．0nm。若將它緊密地集束在一起，形成頭發(fā)粗細的纖維（頭發(fā)直徑按0．1mm計）需要大約90億根納米管。再用這種纖維做成纜繩。

       氮化硼（BN）和碳（CC）是等電子體，已知氮化硼可制得具有平面石墨型結(jié)構(gòu)，如圖8．1．3所示。未來化學也將研制出氮化硼納米管，并使管間部分地形成B－N共價鍵，增強集束纖維所承受的拉力。

       納米碳管纖維和氮化硼纖維等具有超高強度抗拉力和韌性的材料，用它進一步制成復合材料也適用于制造飛機、航天器和高速火車、汽車等交通工具。

       3．增雨劑和消雷劑

       2008年8月8日晚，奧運會在北京開幕，估計全世界有十多億人觀看開幕盛典。根據(jù)天氣預測當晚奧運會開幕式所在的場館及放焰火的區(qū)域下雨的可能性很大。下雨將嚴重影響開幕盛典的表演和觀賞效果。怎樣調(diào)動雨水的下雨地點，使它不下在北京市區(qū)？氣象臺根據(jù)雨云是從西方飄移向市區(qū)的情況，在北京市西邊布置了高射炮陣地，于當晚向天空云層發(fā)射增雨炮彈，使雨水下在西邊地區(qū)，北京市區(qū)沒有下雨。開幕式的焰火及鳥巢中的慶典儀式?jīng)]有受到影響，氣象工作人員作出了重大貢獻。其實，調(diào)動下雨地點的尚方寶劍——增雨炮彈的增雨劑是化學家配制的，功勞也有化學家一份。

       增雨劑是由碘化銀和尿素等類吸水性很強的化合物微粒組成，當炸彈在云層內(nèi)炸開，微粒撤向云層，將云層中的小水滴和水分子吸在一起，聚集長大，成為雨滴降落大地。

       利用增雨劑調(diào)動雨水下雨地點既可防雨也可抗早，減輕自然災害。為此氣象學家要準確預測天氣情況，選擇撤布增雨劑的地點，另外增雨劑的散布方式最好采用小型無人駕駛飛行器，飛入云層直接噴撒，而要求化學家配制出吸水性強、安全無害、資源豐富、成本低廉、顆粒細小均勻的增雨劑。

       同樣，消除雷電是擺在物理學家和化學家面前，具有重大理論意義和現(xiàn)實意義的研究課題。探究大氣中相距不遠的云團為什么會帶有數(shù)量巨大、性質(zhì)不同的電荷，了解云團中水滴在飄移過程中所發(fā)生的變化和性能，配制高效的消雷劑等都是未來化學要研究的內(nèi)容。