除了泥頭車和二向箔，去二次元的路還有……

在經歷了長時間的寒潮和低溫后，

幾天前，北京終于迎來了第一場雪。

邊肖的凍結終于有了回報。

沒必要從朋友圈玩雪。

如果你不會玩雪，那凍死也沒有意義了??！

攝影:黃水機

除了白雪之外，

獨自拿出一片雪花來欣賞，

這也是一個美麗的圖案。

等等，

為什么提到雪花都是正面看的圖案。

為什么從側面觀察雪花的視角很少。

雪花其實是二次元嗎。！

01.雪花:努力長成酷酷的樣子。

當人們看雪花的圖案時，會驚訝地發現雪花的種類遠遠超出人類的想象早在20世紀30年代，人們就將雪花分為21類，這個數字伴隨著時間的推移不斷增加直到2013年，雪花有121個類別

當然121種分類太復雜了對于一般的賞雪和研究來說，下圖列出的35種雪花的分類就足夠有代表性了

關于雪花厚度的信息很少，但是我們可以通過簡單的計算得到這個數據雪花的直徑通常為0.05 ~ 4.6毫米，單個雪花的質量為0.2 ~ 0.5毫克，考慮一個直徑為2毫米，質量為0.4毫克的雪花，冰的密度為0.92克/立方厘米，厚度約為0.01毫米，不到一根頭發的厚度直徑是厚度的200倍，難怪研究雪花時通常不考慮側面

當然，這不是絕對的比如上面列舉的25種雪花，如棱柱形，雙柱形，骨骼形等，都是立體形狀，雪花的厚度也不容忽視

在這么多形狀中，最常見的形狀是六角形這個六角星的形狀不是隨機的，它和水分子的結構有關一個水分子由一個氧原子和兩個氫原子組成，兩個鍵有一定的角度水分子結合成晶體時，水分子的氧原子會與其他水分子的氫原子形成氫鍵這種氫鍵結構決定了水分子構成的晶體，宏觀上是六角星

當充滿水蒸氣的空氣遇到低溫環境時，其中的水蒸氣會以空氣中的塵埃為核心聚集，這樣的塵埃就是成核點水蒸氣先液化成小水滴，這就是雨的由來，如果溫度足夠低，水滴會凝固成小冰晶冰晶一開始是六棱柱的形狀，邊緣的冰晶生長得更快，最終形成六角星形雪花

在這個生長過程中，由于氫鍵的影響，水分子傾向于水平結合，因此雪晶在水平方向生長較快，在垂直方向生長較慢，形成非常薄的六角星形晶體。

02.石墨烯:誕生于二次元。

雪花雖然很薄，但還是有十幾微米的厚度，大概是幾萬個原子考慮到現在可以直接用STM操縱單個原子，雪花顯然還可以進一步垂直分割，并不是真正的紙雪

考慮到大型加速器的制造難度，我們可以認為單個原子的直徑是材料尺寸的最小數量級如果一種材料只有一個原子厚，而它的面積非常大，遠遠超出了厚度的數量級，那不是二維材料嗎

二維物質存在嗎當然，比如說——石墨烯

2004年，英國曼徹斯特大學的Geim團隊發現，用膠帶反復粘貼和折疊石墨，最終可以得到只有一層碳原子的材料，他們將其命名為石墨烯這種新材料的發現開辟了材料科學研究的新方向——二維材料時至今日，二維材料的研發和產業化仍在繼續

石墨烯最常見的制備方法就是上面提到的機械剝離法，用膠帶直接剝離石墨晶體這種方法簡單快捷，得到的石墨烯面積大，真的是石墨烯薄膜研究的必備技能

通過機械剝離法從石墨晶體中獲得單層石墨烯，這是一種自上而下的制備方法除了機械剝離法，還有液相剝離法，屬于自上而下制備法

自上而下制備法的原理是不同石墨烯層之間的相互作用是范德瓦爾斯相互作用，而同一石墨烯層中的碳原子通過共價鍵結合高中化學知識告訴我們，共價鍵的強度比范德瓦爾斯相互作用強得多因此，通過破壞層間的相互作用，從石墨晶體中剝離，可以得到單層石墨烯

既然有自上而下的方法，自然就有自下而上的方法所謂自下而上，就是從單個碳原子開始，不斷與其他碳原子結合，在基底上橫向擴大面積，最后生長成單層石墨烯薄膜

石墨烯生長圖，其生長可分為幾個階段:成核—島生長—島連接—厚度增加。

那么石墨烯為什么會吸引這么多人來研究呢當然，因為它的性能很好比如它是已知強度最高的材料之一，韌性好，它具有優良的導熱性和導電性，在熱電領域具有廣闊的應用前景從能帶的角度來看，石墨烯具有特殊的狄拉克錐能帶結構，可以作為研究量子霍爾效應的平臺

03，雙向襯托:次元不是愛，想買就買。

在2D的過程中，三維物體上的每一個點都是按照精確的幾何規則投影到2D平面上的，這樣這個2D體就變成了原始三維空間船和三維人體的兩張最完整，最精確的圖紙，其內部的所有結構都毫無遮掩地排列在平面上，但其映射規則與工程制圖完全不同，很難通過想象直觀地復制原始的三維形狀。

雙向陪襯，最有詩意的名字，給人最大的震撼，直接操縱宇宙的維度，實現真正的降維打擊《三體》一書詳細描述了二維太陽系在雙向箔片作用下的過程，本節開篇段落就是其中之一

那么現在二維材料的發展在哪里，離雙向貼膜還有多遠。

如前所述，大多數二維材料是通過自上而下或自下而上的方法制備的直接降維的方式，比如雙向貼膜，對于人類現有的理論和技術是不可能的

自石墨烯發現以來，二維材料的發展主要集中在制備，表征和應用領域到目前為止，已經發現了六方氮化硼，過渡金屬硫族化物，主族金屬硫族化物，硅烯，鍺烯等多種二維材料，在高頻晶體管，場效應晶體管，高效發光，光電探測器等應用方面取得了重要突破

但這遠不是二維材料的成熟應用，更不是雙向襯托正如石墨烯之父蓋姆在最近的一次采訪中所說:市場上有數百種所謂的‘石墨烯產品’，但我不認為它們是實用意義上的革命性和顛覆性產品石墨烯在其中發揮了作用，但沒有那么神奇，沒有石墨烯就不行

當人類能夠熟練地制作，包裝，使用雙向陪襯，或許就能達到歌者文明的科技水平，以空間為劍，以時間為歌。

我看到了我的愛。

我飛到她身邊。

我遞給她一份禮物。

那是一小片凝固的時間

時間里有美麗的條紋

感覺像淺水里的泥一樣軟。

她在全身涂上了時間。

然后拉著我飛向存在的邊緣

這是一次精神上的逃亡。

我們眼中的星星就像幽靈一樣。

我們也像星星眼里的鬼。"

——《三體》

參考資料:

徐紅，，李陽，楊天忠，包，劉，，劉天生，邢杰，，周興江，黃源新的機械解理方法在二維材料研究中的應用物理學報，2018，67: 218201土井指數:10.7498/APS . 67