原子級“降維打擊”：改寫金屬物理學的百年定律2025年3月，中國科學院物理研究所的一項研究在《自然》雜誌掀起軒然大波。科研團隊，通過自主研發的“范德華擠壓技術”，首次將金屬鉍、錫鉛等材料壓縮至原子級厚度，即僅3個原子層的0.3奈米這個厚度相當於頭髮絲直徑的二十萬分之一。圖源：央視新聞范德華擠壓技術製備二維金屬的過程示意圖這一突破，不但打破了“金屬必須以三維形式存在”這樣的傳統認知，而且還被國際同行稱讚為“材料科學領域的量子性飛躍”。其實這種創新之舉，在一定程度上推動了整個學科的發展，並且也讓人們對金屬的特性有了全新的認識。技術原理：如何讓金屬“瘦身”百萬倍？不同於層狀材料（如石墨烯），通過機械剝離這種方式便可獲得二維結構；而金屬原子間存在著強鍵合作用，正因如此，它極其難以被“削薄”。中科院團隊，創造性地，採用單層二硫化鉬，作為“原子級壓砧”，而且在高溫之下，將液態金屬，擠壓成原子層。這種形似“三明治”的封裝結構，既輕輕鬆鬆地避開了金屬氧化，又給它賦予了極為特別的穩定性。實驗表明，二維金屬在空氣中存放一年，竟然依然能夠保持性能穩定。單層二硫化鉬封裝的單層金屬鉍 （中國科學院物理研究所 供圖）更令人驚嘆的是，其電學性能如下：單層鉍的電導率，相比塊體材料而言，提升了10倍；並且其電阻能夠通過柵壓進行調控，調控幅度達到35%（而傳統金屬僅僅只能調控1%）。這就意味著，未來的晶片電晶體，居然有希望實現“全金屬化”，在保持高導電性的同時，還能夠略微降低能耗。六大領域顛覆性應用：科幻照進現實晶片算力躍升百倍的“終極導線”當前晶片製程逼近1奈米極限，而且銅互連技術面臨著電子散射這一難題。二維金屬導線呢，其電阻率僅僅是銅的15，而且電流承載能力能夠提升10倍，這樣的話，就可以完美地解決這一瓶頸啦。華為已經聯合中科院成立了實驗室，計畫在2026年推出首款二維金屬晶片，估計將會推動人工智慧算力突破現有的極限。能源從超級電池到可控核聚變二維金屬電極，使鋰電池能量密度有望突破800Whkg（當前最高350Whkg），而且充電速度提升5倍。寧德時代投資50億元建設量產線，目標在2027年實現裝車測試。其實其耐高溫特性（3000℃）為可控核聚變“第一壁”材料研發提供了新方案，這樣的話，有助於人類叩開清潔能源的大門。航天軍工：星際航行的“原子裝甲”0.1毫米厚的二維金屬層，它能夠抵禦太空輻射以及微隕石的撞擊，而且未來的星際飛船有希望減重50%。其實它的全頻段雷達波吸收特性，竟然讓隱身戰機步入了“貼膜時代”——只要在表面覆蓋上超薄的導電層，就可以實現全向隱身。柔性電子：可摺疊裝置的終極形態二維金屬的柔韌性，與導電性結合，使柔性電路能夠直接印刷在螢幕基底之上。厚度僅僅為微米等級的柔性晶片，將會推動可摺疊手機、智能穿戴裝置邁入一個全新的紀元。量子計算：突破室溫超導的關鍵實驗發現，二維金屬，在低溫之下，呈現出二維超導特性，而且其轉變溫度，比傳統材料，提升了三倍之多。這為室溫量子電腦的研發，提供了全新的路徑，並且或許會加速量子霸權的實現。腦機介面：神經元等級的訊號傳輸奈米級厚度，而且高導電性，這使二維金屬電極能夠精準地捕捉單個神經元訊號。未來人類，其實或許可以通過植入式裝置來實現“意識操控機械”，進而開啟人機融合的新紀元。全球競爭：中國如何掌握“技術鎖喉權”中科院團隊已經申請了二百八十三項核心專利，較為輕鬆地把製備工藝、封裝技術以及應用場景等方面都涵蓋在內了，專利佔比超過了百分之七十。面對中國的技術突破，美日韓竟然迅速且緊急地成立了“二維金屬聯盟”，其實關鍵裝置（例如分子束外延系統）依然依賴中國供應。華為寧德時代等企業加快了佈局，這樣就把中國推到了產業轉化的前沿。商業化挑戰：從實驗室到規模化的鴻溝儘管前景頗為誘人，不過二維金屬的量產依舊面臨著諸多障礙：當下單次的生長面積僅僅只有10cm²而已，其成本更是高達黃金的300倍之多；並且對於奈米級顆粒所存在的環境風險尚未明晰清楚，每克這樣的材料在生產過程中需要耗費5000度電，因此也就需要有與之相配套的綠色電力體系。專家建議，在短期內應該優先於軍工、航天等領域實現突破，這個時候，還要同步對卷對卷製備技術展開攻關。未來願景：開啟材料科學的“平行宇宙”短期（2025-2030），二維金屬，輕鬆愉快地，將率先在航天器防護，以及高能雷射武器等國防領域得到應用，而且還會推動國產分子束外延裝置的研發。長期（2030+），如果說借助AI輔助設計，人類居然能夠像搭樂高一樣定製材料性能，這樣的話，將會催生太空電梯、量子電腦等“科幻級”應用。二維金屬的突破，不僅是材料科學的一個里程碑，更是中國科技實現彎道超車的一個縮影。當金屬以原子層的形態，重新塑造這個世界的時候，我們或許將見證人類文明邁向新紀元的關鍵一步。正如《自然》審稿人所言：“這是材料科學從‘發現時代’向‘創造時代’轉變的一個轉折點。”而中國正處在這場革命的最前沿。 (不掉髮的小呆呆)
