石墨烯与花的联系。
日本的超人气组合SMAP有一首歌在2003年火得不行，排在当年红歌榜第1位，歌名可译为“世界上唯一的花”（世界に一つだけの花）。这首歌之所以受欢迎，不仅是因为它的旋律优美，朗朗上口，更因为它的的主题很符合当时整个日本举国上下的心态。上个世纪八十年代，日本经济飞速发展，日本人自以为赶超美国成为世界老大指日可待；经济大衰退后，日本的定位从“世界第一”转变“世界唯一”，正如歌词中所表达的不做“number one”，只做“only one”。木村拓哉等5位SMAP成员也因这首歌再领风骚，至今仍活跃在日本乐坛上。
下面我将这首歌和石墨烯建立起一点儿联系。
首先，石墨烯有其特殊性，是众多材料中的一朵奇葩。必须承认，石墨烯不是万能的，但它是独特的，有其特定的应用场合。
图1 石墨烯上空的三朵乌云
在石墨烯冉冉上升的同时，它的上空还飘着几朵乌云。其中最大的一朵乌云和石墨烯的生长有关。石墨烯的制备技术发展迅速，采用化学气相沉积法，以金属为基底，可以直接合成大面积石墨烯薄膜。例如，在铜箔上可生长单层石墨烯。碳在铜内的溶解度极低（0.001%），可以保证碳的自限制形核和生长。但石墨烯在金属上的形核点密度很高。石墨烯的形核如同撒种子，种子长大后遍地开花，每朵花都争奇斗艳，在金属表面的覆盖率逐渐增加，最后石墨烯薄片花团锦簇挤在一起，使生长终止。因此，通常最后得到石墨烯并不是一个完整的一体薄膜，而是不连续的松散结构，其中的每一个晶片也不一定是单晶。因此，不论薄膜做得多大，都不能真正自由独立存在(freestanding)，需要有其它衫底（固体或液面）来支撑。
图2 石墨烯晶片密集形核（左，版权所有），类似于石墨烯多晶结构的水面上交叠的荷叶（右）
因此，要获得单晶石墨烯，最直接（简单）的思路是从形核和生长两方面来入手。
- 如果能控制石墨烯的形核点，使得石墨烯仅在一点形核，之后慢慢长大，最后将整个基底覆盖，即可获得一个连续的大面积单晶。
- 如果能通过控制生长，促进唯一的某一个形核点生长，而使其它晶核的生长停止或受到抑制，保证“一枝独秀”，也可以达到类似的目的。
解决问题的关键就是要找到这朵唯一的“花”。
图3 六角形石墨烯晶片（左，版权所有），类比石墨烯的多晶生长（右)
另外，在石墨烯的上空，除了这朵大乌云，还有两朵与之相关的小乌云：一个是能带结构的调控，一个是层数的控制。这其实是碳纳米管同样面临的两个问题（对应于手性和管壁层数的控制）。同样，对于这两个问题，虽然现在还不能找到精确的解决方案，但有不少方法被尝试。例如，引入缺陷、掺杂、外加电场或与其它分子结合可以在一定程度上将能隙“打开”。另外，实现层数（如双层、三层）的原位精确控制虽然很难，但可将多层石墨片打薄，获得我们需要的厚度。
（未完待续）
后附在网上搜到的《世界に一つだけの花》歌词，感兴趣可以下载个MP3听一听，放松一下心情。想一想，做科研又何尝不是如此？科学是个大花园，往往我们都是花丛中的一只小花，想一枝独秀很难。但只要能安下心来做一只与众不同的小花，就有存在的价值。
| 世界上唯一的花 ——SMAP 排列在花店门口 看着各式各样的花 虽然人的喜好各有不同 但是每一朵都很漂亮 在这当中谁最美丽 没有如此的纷争 在筒中夸耀般的 绽开着挺起胸膛 即使如此为何我们人类 却要如此相互比较 每人皆不尽相同 却在那之中想成为第一名 是啊 我们皆是 世界上唯一仅有的花 每个人都拥有不同品种 单纯地为了让那朵花盛开 而努力就好 无论小花或是大花 都不是相同之物 无法成为NO.1也好 原本就是最特别的only one
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世界に一つだけの花 ——SMAP 花屋の店先に乲んだ, いろんな花を見ていた ひとそれぞれ好みはあるけど どれもみんなきれいだね この中で誰が一番だなんて 争う事もしないで バケツの中說らしげに しゃんと胸を張っているそれなのに僿ら人間は どうしてこうも比べたがる? 一人一人違うのにその中で 一番になりたがる?そうさ 僿らは 世界に一つだけの花 一人一人違う穘を持つ その花を哾かせることだけに 一生懸命になればいい 名前も知らなかったけれど 小さい花や大きな花 |
该文章原载于朱宏伟教授的科学网博客。
