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科學家找到揭開最強材料奧秘的方法

科學家找到揭開最強材料奧秘的方法

俄羅斯衛星通訊社

俄羅斯車里雅賓斯克國立大學的科學家與中國和沙特阿拉伯的科研人員共同研發出一種預測石墨烯薄膜特性的方法。石墨烯薄膜是目前已知的用於電子、醫學領域的最堅固材料，也是許多工業領域的原材料。科學家認為，他們的研究成果可用於設計具有特定性能的先進材料。 2025年5月22日, 俄羅斯衛星通訊社

2025-05-22T12:53+0800

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據推測，地球上現有43.6億千兆噸（千兆噸為十億噸——編者注）碳，以不同結構的物質形式存在，例如眾所周知的金剛石、石墨和煤炭。2004年，科學家發現一種可用一層厚度僅為單個原子的碳製造出“二維”材料石墨烯的簡單方法。研究成果發表在學術期刊《科學報告》（Scientific Reports）上。石墨烯因其電子、熱和機械特性，在材料科學領域掀起了一場革命。車里雅賓斯克國立大學的科學家介紹稱，例如，石墨烯薄膜的厚度僅為食品級鋁箔的千分之一，同時具有與鋁箔幾乎相同的抗拉強度，因此石墨烯被稱為最堅固的現代材料。該大學解釋稱，在現代技術中應用這種材料需要瞭解其物理特性，並利用非線性演化方程對石墨烯薄膜中的電流流動、機械變形和熱傳導過程進行建模。科學家們還沒有統一的方法來求解此類方程，目前還沒有使用分析解法對（2+1）維空間的石墨烯薄膜模型進行充分探索。由於缺乏這種解法，專家們無法深入瞭解石墨烯的獨特性質和行為。車里雅賓斯克國立大學信息技術學院教授亞歷山大·沃赫明採夫與中國、沙特阿拉伯和俄羅斯（漢特-曼西斯克）的研究人員共同開發了一種算法，可以高精度地求解這種演化方程並描述石墨烯薄膜的物理過程。沃赫明採夫表示：“本研究中使用的直接和間接方法，如改進的Khat III和Khat II方法，是對非線性分數階演化方程領域的新貢獻。這些方法特別適用於求解傳統方法難以求解的高階分數耦合方程。”據發表在《科學報告》上的論文作者稱，他們的研究提出了創新的分析方法，可大幅增進對決定石墨烯行為和特性的物理現象的理解。研究人員稱，論文中提出的方法有效獲得了（2+1）維石墨烯層模型準確可靠的孤波解，這對於理解材料的動態特性至關重要，並為應用數學和材料科學作出了重大貢獻。未來，研究人員計劃研究石墨烯薄膜中更為複雜的動態過程。

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