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大象如何站在铅笔上
大象如何站在铅笔上

一个关于石墨烯、大象和铅笔尖的故事。

这是@qikipedia 幸运赛车平台 在2011年9月1日发的一条推特(Twitter)全文:“如果有一层保鲜膜那么厚的石墨烯(graphene),那么想把它刺穿就需要一头大象平衡地站在一支铅笔上。”一番侦查工作显示,这个说法源自哥伦比亚大学(ColumbiaUniversity)的机械工程学教授詹姆斯霍恩(JamesHone),他在2008年说过:“我们的研究证明,石墨烯是人类所知最坚韧的物质,比结构钢还坚韧200倍左右。如果有一层赛伦保鲜膜(Saran

Wrap)那么厚的石墨烯,那么想把它刺穿就需要一头大象平衡地站在一支铅笔上。”

这位教授的宣言引发了一系列问题,第一个问题:“什么是石墨烯?”微软的Word软件就不知道,它一个劲地在“graphene”底下画红色波浪线,那意思是“你要写的是不是‘grapheme’(字母)?”(当然不是,尽管我的确在这个页面上堆满了各种字母。)

幸好,维基百科总算是收录了石墨烯的定义,它来自安德烈海姆(AndreGeim)和康斯坦丁诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)合写的一篇论文(这两位就是凭借对这种神奇物质的研究获得了2010年度的诺贝尔物理学奖)。他们的定义如下:“石墨烯是一种紧密组装成二维蜂窝状栅格结构的单层碳原子(原文如此),也是构成其他各种维度石墨材料的基本成分。它可以变成零维的富勒烯,卷成一维的纳米管,或者堆成三维的石墨。”请想象一张铁丝网,再将网上的每个节点替换成一个碳原子,你想象出来的这个怪东西就是石墨烯了。(好吧,是虚拟

的石墨烯。)

霍恩教授是宁愿设法将几层石墨烯堆叠成保鲜膜的厚度,也不愿意为我接下来的问题费心的。那么,善良的读者,我就把这些问题都留给您吧,我们这就开始。

首先凤凰彩票,那支铅笔是垂直的还是水平的?就权当它是垂直的吧。这样一来,那头大象的全部体重就都集中在石墨烯的一点上了。水平的铅笔在多数状况下都是没有用处的(比如躺在铅笔盒里时),除非是在墙壁上写字。

其次,那支铅笔是用什么做的?普通的铅笔头不可能承受大象的体重。那么答案肯定是被卷成巨大纳米管的石墨烯。(对纳米管来说是巨大的,但对铅笔来说正好。)制笔的时候不妨在石墨烯卷里加入一根较细的石墨柱体,这样就真的可以书写了,可那样又太学究气了一点。(不过话说回来,不能写的还能叫铅笔吗?大概不行吧。有人跟我说过我不能写,而我也显然不是一支铅笔。)

总之,我们现在有了石墨烯保鲜膜和石墨烯铅笔。下一个问题是:那头大象要怎么弄到铅笔上去?且慢,稍等片刻。这大象是体重6,800千克的非洲象呢,还是体型较小、仅重4,500千克的亚洲象?

这两种动物不光是体型不同,性情也大不一样。你或许可以安然无恙地让亚洲象表演这个特技,但我是不会试图让一头非洲象站上一支铅笔的,尤其是一头非洲公象。它或许无法将石墨烯的铅笔压断,但十有八九会奋力抗拒,把整个实验室摧毁。

其实仔细想想,我们对那头大象了解得并不算多。它是一头成年象,还是一头象宝宝?要站上铅笔的话,一头亚洲象宝宝是最容易的选择。另外,大象接近石墨烯的时候,研究人员有没有播放美国作曲家亨利曼西尼(HenryMancini)的《小象进行曲》(BabyElephantWalk)?如果没有,凤凰彩票是为什么?毕竟这样的机会可不是天天都有的。

当象宝宝的体重集中在铅笔的笔尖上时,产生的压强能将下面的石墨烯刺穿吗?如果实验原本需要的是一头成年非洲象,那么我很怀疑那头100千克的象宝宝是否够重。如果那头可爱的小象把全部重量都压在那支强度卓绝的纳米铅笔上,那么保鲜膜或许没有问题,就怕小象会撑不住,铅笔会在可怜的象宝宝身上扎个洞,并整个陷进它的肉里。这下,就会有一头受伤的亚洲象宝宝在你的石墨烯上血流不止,一头象妈妈在一边气得发疯,一群动物保护组织的人在外面大声抗议了。

我们最终还是得挑选一头完全长成的亚洲象,它的身上要包裹一层保护性的石墨烯,它的象腿站在石墨烯的铅笔上,在石墨烯的薄膜上保持平衡。而且它还不能像这篇专栏文章这样——偏离中心。(翻译红猪)

(本文选自《环球科学》杂志《大象如何站在铅笔上》/外语教学与研究出版社)