Jun 10 2017
数码生活跟我来之“关于石墨烯的那些事儿”
科学技术很重要，数码生活跟我来，
我们就来说一说关于石墨烯的那些事儿，
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯，究竟是何方神圣呢？它真的能带来颠覆吗？
石墨烯——一种只有一个原子厚的二维碳膜——的确是种令人惊讶的材料。虽然名字里带有石墨二字，但它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性：石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来神奇材料的风范。如果再把它的潜在用途开个清单——保护涂层，透明可弯折电子元件，超大容量电容器，等等——那简直是改变世界的发明呀。但是石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”，虽然将来它也许能发挥重大作用，但是在克服几个重大困难之前，这一场景还不会到来。更重要的是，考虑到产业更新的巨大成本，石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备——它的真正前景，或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。
石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间又有什么关系呢。
由于碳原子之间化学键的特性，石墨烯很顽强：可以弯曲到很大角度而不断裂，还能抵抗很高的压力。而因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，为它带来了全新的电学属性。石墨烯在可见光下透明，但不透气。这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料。
但是适合归适合，真的做出来还没那么快。
问题之一：制备方式。
许多项研究向我们展示了石墨烯的惊人特征，但是有一个陷阱。这些美妙的特性对样品质量要求非常高。要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品，需要最费时费力费钱的手段：机械剥离法——用胶带粘到石墨上，手工把石墨烯剥下来。
虽然所需的设备和技术含量看起来都很低，但问题是成功率更低，弄点儿样品做研究还可以，工业化生产？开玩笑。要论产业化，这手段毫无用途。哪怕你掌握了全世界的石墨矿，一天又能剥下来几片呢……
当然现在我们有了很多其他方法，能增加产量、降低成本——麻烦是这些办法的产品质量又掉下去了。我们有液相剥离法：把石墨或者类似的含碳材料放进表面张力超高的液体里，然后超声轰炸把石墨烯雪花炸下来。我们有化学气相沉积法：让含碳的气体在铜表面上冷凝，形成的石墨烯薄层再剥下来。我们有直接生长法，在两层硅中间直接设法长出一层石墨烯来。还有化学氧化还原法，靠氧原子的插入把石墨片层分离，如此等等。方法有很多，也各自有各自的适用范围，但是迄今为止还没有真的能适合工业化大规模推广生产的技术。
问题之二：电学性能。
石墨烯一个有前景的方向是显示设备——触屏，电子纸，等等。但是目前而言石墨烯和金属电极的接触点电阻很难对付。
但是为啥我们不能干脆抛弃金属，全用石墨烯呢？这就是它在电子产品领域里最致命的问题。现代电子产品全部是建筑在半导体晶体管之上，而它有一个关键属性称为“带隙”：电子导电能带和非导电能带之间的区间。正因为有了这个区间，电流的流动才能有非对称性，电路才能有关和开两种状态——可是，石墨烯的导电性能实在太好了，它没有这个带隙，只能开不能关。只有电线没有逻辑电路是毫无用途的。所以要想靠石墨烯创造未来电子产品，取代硅基的晶体管，我们必须人工植入一个带隙——但是简单植入又会使石墨烯丧失它的独特属性。目前针对这个领域的研究的确不少：多层复合材料，添加其他元素，改变结构等等；但是诺沃肖洛夫等人认为这个问题要真正解决，至少还需要十年。
问题之三：环境风险。
石墨烯产业还有一个意想不到的麻烦：污染。石墨烯产业目前最成熟的产品之一可能是所谓“氧化石墨烯纳米颗粒”，它很便宜，虽不能用来做电池、可弯折触屏等高端领域，作为电子纸等用途倒是相当不错；可是这东西对人体很可能是有毒的。有毒不要紧，只要它老老实实呆在电子产品里，那就没有任何问题；可是研究者发现它在地表水里非常稳定、极易扩散。虽然现在对它的环境影响下断言还为时太早，但这的确是个潜在问题。
那么，石墨烯的命运又该将怎样呢？
如果商业领域过度夸大其神奇之处，可能会导致石墨烯产业变成泡沫；一旦破裂，那么也许技术和工业的进展也无法拯救它。科学作者菲利普·巴尔曾经在《卫报》上撰文《不要期望石墨烯带来奇迹》，指出所有的材料都有其适用范围：钢坚硬而沉重，木头轻便但易腐，就算看似“万能”的塑料其实也是种种大相径庭的高分子各显神通。石墨烯一定会发挥巨大的作用，但是没有理由认为它能成为奇迹材料、改变整个世界， 至于眼下的可打印、可折叠电子产品，可折叠太阳能电池，和超级电容器等等新领域能否发挥它的潜能，就让我们平心静气拭目以待吧。
呀呀呀，密码又忘啦，瞧我这脑子，我想同学们或多或少也会有忘记密码的时候吧，
这个问题的根源在于，设定的密码必须在容易记住和安全可靠之间加以取舍：简单的密码当然容易记住，但也容易被破解；复杂的密码难以破解，但是却更难记住。
所以呀，今天我们就来介绍一项全新技术，有望终结忘记密码这件事，保护你的隐私不被旁人破解，这项技术被称为“脸锁”，巧妙利用了心理学上我们人类在人脸识别方面的特长。
心理学研究揭示，在识别熟悉和陌生的人脸方面，我们的能力存在本质上的不同。对特定面孔是否熟悉，决定了一个人能不能把它从许多不同的图片里识别出来。因此，一组只有你自己才知道的熟悉人脸，就能够用来创造一把专属于你自己的“锁”。只要能够从图片中识别出这些人脸，你就能够解开这把锁，认不出就解不开。
在注册这套系统时，你需要指定一组只有你自己熟悉、其他人却不太熟悉的人脸。詹金斯等人发现，想要找出符合这一条件的一组人脸，容易得让人出乎意料。“最好的办法是把不同的专业知识领域的人混在一起。”詹金斯说，“比如，如果你喜欢爵士乐或者垂钓，或许就会认识爵士乐手或者垂钓比赛冠军的面孔——而对其他人来说，这些脸根本就是陌生人。”
这把“锁”由一系列人脸拼图构成，每组拼图里都有一张面孔是你熟悉的，而其他面孔对你来说都是陌生人。只要简单触碰每组拼图里你熟悉的那张面孔，就能够通过身份验证。对你来说，这根本就是小菜一碟，因为熟悉的面孔你一眼就能够认出来。然而，其他人看到同样的拼图就会遇到问题，因为所有面孔看起来都同样的陌生。
詹金斯说，他们不会使用诸如电影明星之类名人的脸，因为这些面孔有太多的人熟悉了，那么，能不能使用虚拟 的人脸，比如卡通版的猫和老鼠，或者漫画版的超级英雄呢？詹金斯表示，我们还没有试过卡通版的面孔，我担心没有足够多的卡通形象供我们挑选，许多卡通形象，比如猫和老鼠，还有超人都太过大众化了，不适合用到这个系统里来，
基于熟不熟悉而建立起来的身份验证系统，拥有几个优点，与基于密码的身份验证系统不同，基于熟不熟悉的身份验证方法不需要你去记住任何东西，而且也不需要你认出哪些面孔都姓甚名谁。唯一需要你做的，是指出哪张脸看起来不陌生。心理学研究已经证明，一张熟悉的面孔事实上不可能变成陌生人，因此这个身份验证系统自然就不存在“忘记密码”这回事儿。在这项研究中，用户甚至在一年之后都能够轻易通过身份验证。相比之下，不常用的密码几天内就会被忘记。
除了很久都不会“忘记密码”以外，对一张面孔是否熟悉也极难仿冒。这就使得这套系统很难被恶意破解。在研究中，詹金斯等人要求自愿者充当破解者，在观察别人利用4张面孔成功解锁的过程之后，尝试在类似的人脸拼图中挑出同样的4张面孔。只要在拼图中换用同一批面孔的不同照片，破解者就只能认输了。而对于熟悉这些目标面孔的用户来说，再把这些人脸从一大堆照片里识别出来则是轻而易举的。
如果有人对你非常熟悉，或者通过社交网络仔细研究过你，会不会也能熟悉你所熟悉的面孔，从而破解脸锁呢？詹金斯说，“没有一种密码系统是完美的。理论上，如果破解者对你所选择的所有面孔都够熟悉，他登录你的账户就不存在任何问题。这就相当于破解者拿到了你的密码。”不过他也指出，“在我们的实验中，就算是跟用户非常亲密的其他人，也很难成功破解用户的密码。这表明，仅仅是了解一个人，还不足以破解他的脸锁。”
詹金斯说，“不认识一张脸却假装你认识，就好像不会说一门语言却假装你会说一样——根本就行不通。唯一能够可靠识别那些人脸的系统，就是对它们都很熟悉的那个人。”
听到这里会有人问了，如果脸盲症又该怎么办呢？其实这也是我想问的问题，毕竟我可是脸盲症晚期呢，但是詹金斯表示，她们还没有考虑过这个问题，不过我相信，这迟早也是会解决的，
如果一切顺利的话，你或许很快就能在手机上看到这样的解锁系统了。
我们就来说一说关于石墨烯的那些事儿，
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代”，“现在芯片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯，究竟是何方神圣呢？它真的能带来颠覆吗？
石墨烯——一种只有一个原子厚的二维碳膜——的确是种令人惊讶的材料。虽然名字里带有石墨二字，但它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性：石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好，看起来颇有未来神奇材料的风范。如果再把它的潜在用途开个清单——保护涂层，透明可弯折电子元件，超大容量电容器，等等——那简直是改变世界的发明呀。但是石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”，虽然将来它也许能发挥重大作用，但是在克服几个重大困难之前，这一场景还不会到来。更重要的是，考虑到产业更新的巨大成本，石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备——它的真正前景，或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。
石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间又有什么关系呢。
由于碳原子之间化学键的特性，石墨烯很顽强：可以弯曲到很大角度而不断裂，还能抵抗很高的压力。而因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，为它带来了全新的电学属性。石墨烯在可见光下透明，但不透气。这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料。
但是适合归适合，真的做出来还没那么快。
问题之一：制备方式。
许多项研究向我们展示了石墨烯的惊人特征，但是有一个陷阱。这些美妙的特性对样品质量要求非常高。要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品，需要最费时费力费钱的手段：机械剥离法——用胶带粘到石墨上，手工把石墨烯剥下来。
虽然所需的设备和技术含量看起来都很低，但问题是成功率更低，弄点儿样品做研究还可以，工业化生产？开玩笑。要论产业化，这手段毫无用途。哪怕你掌握了全世界的石墨矿，一天又能剥下来几片呢……
当然现在我们有了很多其他方法，能增加产量、降低成本——麻烦是这些办法的产品质量又掉下去了。我们有液相剥离法：把石墨或者类似的含碳材料放进表面张力超高的液体里，然后超声轰炸把石墨烯雪花炸下来。我们有化学气相沉积法：让含碳的气体在铜表面上冷凝，形成的石墨烯薄层再剥下来。我们有直接生长法，在两层硅中间直接设法长出一层石墨烯来。还有化学氧化还原法，靠氧原子的插入把石墨片层分离，如此等等。方法有很多，也各自有各自的适用范围，但是迄今为止还没有真的能适合工业化大规模推广生产的技术。
问题之二：电学性能。
石墨烯一个有前景的方向是显示设备——触屏，电子纸，等等。但是目前而言石墨烯和金属电极的接触点电阻很难对付。
但是为啥我们不能干脆抛弃金属，全用石墨烯呢？这就是它在电子产品领域里最致命的问题。现代电子产品全部是建筑在半导体晶体管之上，而它有一个关键属性称为“带隙”：电子导电能带和非导电能带之间的区间。正因为有了这个区间，电流的流动才能有非对称性，电路才能有关和开两种状态——可是，石墨烯的导电性能实在太好了，它没有这个带隙，只能开不能关。只有电线没有逻辑电路是毫无用途的。所以要想靠石墨烯创造未来电子产品，取代硅基的晶体管，我们必须人工植入一个带隙——但是简单植入又会使石墨烯丧失它的独特属性。目前针对这个领域的研究的确不少：多层复合材料，添加其他元素，改变结构等等；但是诺沃肖洛夫等人认为这个问题要真正解决，至少还需要十年。
问题之三：环境风险。
石墨烯产业还有一个意想不到的麻烦：污染。石墨烯产业目前最成熟的产品之一可能是所谓“氧化石墨烯纳米颗粒”，它很便宜，虽不能用来做电池、可弯折触屏等高端领域，作为电子纸等用途倒是相当不错；可是这东西对人体很可能是有毒的。有毒不要紧，只要它老老实实呆在电子产品里，那就没有任何问题；可是研究者发现它在地表水里非常稳定、极易扩散。虽然现在对它的环境影响下断言还为时太早，但这的确是个潜在问题。
那么，石墨烯的命运又该将怎样呢？
如果商业领域过度夸大其神奇之处，可能会导致石墨烯产业变成泡沫；一旦破裂，那么也许技术和工业的进展也无法拯救它。科学作者菲利普·巴尔曾经在《卫报》上撰文《不要期望石墨烯带来奇迹》，指出所有的材料都有其适用范围：钢坚硬而沉重，木头轻便但易腐，就算看似“万能”的塑料其实也是种种大相径庭的高分子各显神通。石墨烯一定会发挥巨大的作用，但是没有理由认为它能成为奇迹材料、改变整个世界， 至于眼下的可打印、可折叠电子产品，可折叠太阳能电池，和超级电容器等等新领域能否发挥它的潜能，就让我们平心静气拭目以待吧。
呀呀呀，密码又忘啦，瞧我这脑子，我想同学们或多或少也会有忘记密码的时候吧，
这个问题的根源在于，设定的密码必须在容易记住和安全可靠之间加以取舍：简单的密码当然容易记住，但也容易被破解；复杂的密码难以破解，但是却更难记住。
所以呀，今天我们就来介绍一项全新技术，有望终结忘记密码这件事，保护你的隐私不被旁人破解，这项技术被称为“脸锁”，巧妙利用了心理学上我们人类在人脸识别方面的特长。
心理学研究揭示，在识别熟悉和陌生的人脸方面，我们的能力存在本质上的不同。对特定面孔是否熟悉，决定了一个人能不能把它从许多不同的图片里识别出来。因此，一组只有你自己才知道的熟悉人脸，就能够用来创造一把专属于你自己的“锁”。只要能够从图片中识别出这些人脸，你就能够解开这把锁，认不出就解不开。
在注册这套系统时，你需要指定一组只有你自己熟悉、其他人却不太熟悉的人脸。詹金斯等人发现，想要找出符合这一条件的一组人脸，容易得让人出乎意料。“最好的办法是把不同的专业知识领域的人混在一起。”詹金斯说，“比如，如果你喜欢爵士乐或者垂钓，或许就会认识爵士乐手或者垂钓比赛冠军的面孔——而对其他人来说，这些脸根本就是陌生人。”
这把“锁”由一系列人脸拼图构成，每组拼图里都有一张面孔是你熟悉的，而其他面孔对你来说都是陌生人。只要简单触碰每组拼图里你熟悉的那张面孔，就能够通过身份验证。对你来说，这根本就是小菜一碟，因为熟悉的面孔你一眼就能够认出来。然而，其他人看到同样的拼图就会遇到问题，因为所有面孔看起来都同样的陌生。
詹金斯说，他们不会使用诸如电影明星之类名人的脸，因为这些面孔有太多的人熟悉了，那么，能不能使用虚拟 的人脸，比如卡通版的猫和老鼠，或者漫画版的超级英雄呢？詹金斯表示，我们还没有试过卡通版的面孔，我担心没有足够多的卡通形象供我们挑选，许多卡通形象，比如猫和老鼠，还有超人都太过大众化了，不适合用到这个系统里来，
基于熟不熟悉而建立起来的身份验证系统，拥有几个优点，与基于密码的身份验证系统不同，基于熟不熟悉的身份验证方法不需要你去记住任何东西，而且也不需要你认出哪些面孔都姓甚名谁。唯一需要你做的，是指出哪张脸看起来不陌生。心理学研究已经证明，一张熟悉的面孔事实上不可能变成陌生人，因此这个身份验证系统自然就不存在“忘记密码”这回事儿。在这项研究中，用户甚至在一年之后都能够轻易通过身份验证。相比之下，不常用的密码几天内就会被忘记。
除了很久都不会“忘记密码”以外，对一张面孔是否熟悉也极难仿冒。这就使得这套系统很难被恶意破解。在研究中，詹金斯等人要求自愿者充当破解者，在观察别人利用4张面孔成功解锁的过程之后，尝试在类似的人脸拼图中挑出同样的4张面孔。只要在拼图中换用同一批面孔的不同照片，破解者就只能认输了。而对于熟悉这些目标面孔的用户来说，再把这些人脸从一大堆照片里识别出来则是轻而易举的。
如果有人对你非常熟悉，或者通过社交网络仔细研究过你，会不会也能熟悉你所熟悉的面孔，从而破解脸锁呢？詹金斯说，“没有一种密码系统是完美的。理论上，如果破解者对你所选择的所有面孔都够熟悉，他登录你的账户就不存在任何问题。这就相当于破解者拿到了你的密码。”不过他也指出，“在我们的实验中，就算是跟用户非常亲密的其他人，也很难成功破解用户的密码。这表明，仅仅是了解一个人，还不足以破解他的脸锁。”
詹金斯说，“不认识一张脸却假装你认识，就好像不会说一门语言却假装你会说一样——根本就行不通。唯一能够可靠识别那些人脸的系统，就是对它们都很熟悉的那个人。”
听到这里会有人问了，如果脸盲症又该怎么办呢？其实这也是我想问的问题，毕竟我可是脸盲症晚期呢，但是詹金斯表示，她们还没有考虑过这个问题，不过我相信，这迟早也是会解决的，
如果一切顺利的话，你或许很快就能在手机上看到这样的解锁系统了。
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文章标签： 节目 技术部 黑龙江大学有线广播台 数码生活跟我来
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2014-09-06 10:30
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