有哪些超出一般认知的极端物质？ 第1页

石墨烯（graphene），这是一种很极端的材料，而且人类一直在进行研究，挖掘还没有发现的潜能。为什么说他极端，因为他有太多太变态的性质，以至于你很难想象这些性质集中在一种材料上。譬如这个世界上总有人能够拿诺贝尔奖，也有人能成为奥运冠军。但如果有人同时获得诺贝尔奖，同时还是奥运会冠军，同时还比马云有钱，你还觉得这个人是人吗？

同样的道理，石墨烯集中了许多变态材料才应该有的性质。变态到他可以在十几种（几十种？可能更多我不知道）性质上排到已知材料的第一名。我第一次仔细接触这种材料，是在大一的一个期末作业中，当时对于物理的认识还非常肤浅，但也冥冥知道如果一种材料的能隙为0会是多么可怕的事情，简单而言就是电子在石墨烯中的一些部分（狄拉克点附近）等效质量为零，导致薛定谔方程的哈密顿形式不再是熟悉的样子，要采取狄拉克型的方程来进行描述。此时电子的哈密顿形式会变得很复杂。

或者更类似于狄拉克方程的形式

因此，他有许许多多由此而产生的不可思议的性质。

从我们生活中用到的一些物理性质来看，石墨烯已经变态到极致了。譬如说石墨烯是世界上强度最高的材料。如果把石墨烯叠到保鲜膜那么厚，那么需要一头大象在踩在一支铅笔上产生的压强才能将其刺破。

透光性

石墨烯在光学上的透光性是97.7%，而且没有反射光。但也有相关文章表明，不同结构的石墨烯可以得到不一样的透光性，包括强烈吸收光线的石墨烯。

导热性

世界上导热性最好的金属为银，它的导热性，而石墨烯的导热率为，为银的10倍。

导电速度

电子元件的一个很重要的性质就是电子的扩散导电速度，石墨烯这项性质上比硅强250倍。并且电子的平均自由程是。相比而言石墨烯一个单元的尺度a=1.42埃，也就是0.142nm，二者相差了4个数量级。也就是一个电子平均要跑过10000个六边形单元，才会与另一个声子或者电子发生碰撞。

面密度

由于石墨烯只有一层原子，所以面密度达到了惊人的，也就是覆盖整个足球场所需要的石墨烯仅仅3g。

此外石墨烯由于纯粹碳制，有很好的生物相容性，因此可以制作很多很多的人造器官，如关节等等。

石墨烯的制取也是非常的有趣，是的用胶带。这枚诺贝尔奖也被称之为用胶带的得到的诺贝尔奖。值得一提的是，石墨烯是在二战科技大爆发之后，被授予诺贝尔奖的一种材料(另一种是96年的富勒烯），可见这种材料的前途。

（图片来自：Futurism）

大规模生产石墨烯一般使用气相沉淀法，但是这种生产出来的石墨烯产量并不高。如何在工业上量产石墨烯以及如何更好地利用石墨烯的性质一直是研究的热点。

由于这种种的性质，石墨烯现在被认为是制作电池和电子元件的新型材料。这些东西在知乎上有很多的相关问题，大家可以搜一搜。

而最近，石墨烯又被发现可能具有超导性。2014年有巴西科学家宣称在矿山内发现了可以在常温下超导的nano级别石墨颗粒，由于石墨烯的性质，也有人相信石墨烯具有很好的高温超导性质。在1月19号，有意大利科学家发现石墨烯在耦合在PCCO（一种铜酸盐超导材料）上时，实现了p波超导。随着研究的深入，石墨烯许多电学性质会得到更广泛的发现与应用。

在应用上，人们往往并不满足于原来的结构。石墨烯的结构有许多的变种，这些变种也会有一些性质上的差异。而我们往往也是运用这些性质进行研究。

参考文献:

[1]

[2]

[3]Neto, A. H Castro, et al. "The electronic properties of graphene." Reviews of Modern Physics 81.1 (2009): 109-162.

世界上最轻的固体——气凝胶

若隐若现的气凝胶，像从白云上摘了一片拿在手上。

溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体，这样一种特殊的分散体系称作凝胶。

凝胶的结构有点像吸了水的海绵，网状结构通过毛细作用（可能是）将介质吸住，使得凝胶整体看来具有一定形状，呈现固体的力学性质。生活中常见的果冻，混凝土都属于凝胶。

在不破坏凝胶网状结构的前提下，将湿凝胶中的液体换成气体，就变成了气凝胶。（超临界干燥）

看似脆弱不堪，其实非常坚固耐用，最高能承受1400摄氏度的高温，可以承受相当于自身质量几千倍的压力。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器上，都用到了气凝胶材料。

气凝胶的微观结构。

低导热率的气凝胶

一块重2.5公斤的砖块，由一块重2克的气凝胶支撑着。

黑不溜秋的气凝胶，网状结构由炭组成

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在一本名为《有趣的材料》书中读到气凝胶，惊为天人。以上资料大部分来自百度百科。

夸克-胶子等离子体。

低能条件下夸克被禁闭在强子内部，无法被单独分离出来，这就是所谓的“夸克禁闭”。

但是在高能重离子碰撞中，核子可能会被打碎，夸克析出，形成一种被称为“夸克-胶子等离子体”的物质。

人们认为在大爆炸的早期，我们的宇宙可能就处于这样的一种状态，之后随着宇宙的膨胀，温度降低，夸克和夸克之间结合成为重子物质，这才有了我们今天的世界。所以研究夸克-胶子等离子体对研究宇宙早期的演化是大有帮助的。

1962年， 化学家A. G. Streng因为不知如何合适将他对一种新化合物的研究成果撰写成学术论文而苦苦挣扎。

不是因为他的研究毫无意义 ---- 正相反, 他所做的实验首次向人们揭示了一种新化合物的化学性质。

不是因为他的能力不足 ---- 作为天普大学(Temple University)的教授，对于他来说这本应不是什么难事。

而是因为, 他不知道究竟什么样的措辞，能在清楚、客观地介绍这种物质的化学反应的同时, 使得身为作者的自己看上去不那么疯狂。

经过一番寒彻骨，这篇关于二氟化二氧（，也被昵称为“FOOF”）的化学性质的论文Chemical Properties of Dioxygen Difloride

终于被发表到了JACS上。

然而， 尽管他尽了这么大的努力，这篇文章的读者之一 ---- 杜克大学的Derek Lowe教授仍然做出了如下评价

：

If the paper weren't laid out in complete grammatical sentences and published in JACS, you'd swear it was the work of a violent lunatic. I ran out of vulgar expletives after the second page. A. G. Streng, folks, absolutely takes the corrosive exploding cake, and I have to tip my asbestos-lined titanium hat to him.

如果这篇文章不是用完全符合语法的句子撰写并被发表在JACS上，你绝对会发誓赌咒这是一个有暴力倾向的疯子的作品。我在看完第二页的时候就已经把我会说的脏话都说完了。A. G. Streng这类人，毫无疑问地拿下了这块腐蚀性的爆炸蛋糕取得胜利，我必须脱下我的带着石棉内衬的钛制帽子向他致敬。

二氟化二氧，橘黄色固体，熔点为-163°C，熔化为红色液体。温度达到-160°C时开始分解为氧气和氟

，目前已知的最强氧化剂之一。它的神奇之处在于能和几乎所有物质发生异常剧烈的反应。

1. 理论上能与一切有机物发生反应。A. G. Streng文中做了如下几个实验：

It reacted instantaneously with solid ethyl alcohol, producing a blue flame and an explosion.

和固态乙醇立即发生反应，产生蓝色的火焰和爆炸。

When a drop of liquid was added to liquid methane, cooled at 90°K, a white flame was produced instantaneously, which turned green upon further burning.

将一滴液态二氟化二氧加入到90°K的液态甲烷中，立刻产生白色火焰，后续燃烧过程中变为绿色。

When 0.2 of liquid was added to 0.5 of liquid CH4 at 90°K , a violent explosion occurred.

0.2立方厘米的液态二氟化二氧加入到0.5立方厘米，90°K的液态甲烷中，立刻发生爆炸。

When added to Dry Ice, dioxygen difluoride did not react and was only absorbed by the solid. Addition of acetone to this mixture resulted in sparking accompanied by an explosion.

将二氟化二氧加入到干冰中，并没有发生反应，二氟化二氧只是被干冰吸收。向混合物中加入丙酮后产生火花并发生爆炸。

A 2% solution of in HF reacted violently with a flash with benzene at 195°K.

195°K下，2%的二氟化二氧氢氟酸溶液与苯剧烈反应并发出闪光。

2. 与一些常见无机物反应。A. G. Streng文中做了如下几个实验：

It caused explosions when added to ice at 130-140°K.

130-140°K下将其加入冰中，发生爆炸。（无力吐槽）

A rapid addition of chlorine to dioxygen difluoride cooled to about 140°K. caused a violent explosion.

向冷却至140°K的二氟化二氧中快速加入液氯，发生剧烈爆炸。（作者你是怎么活下来的？！）

作者甚至对硫化物做了如下实验：

432.9kcal/mol 。。。不禁担心起Streng先生有没有买保险。

3. 与一些化学性质极其稳定的无机物反应：

不怕火炼的真金也不能幸免：

与金粉发生剧烈反应。

In contact with a Pt sheet covered with , dioxygen difluoride exploded at 160°K.

160°K下，二氟化二氧接触到覆盖了

的铂片后发生爆炸。

惰性气体也不能幸免：

4. 将其他氟化物氧化

听说氟气氧化性相当牛逼？

二氟化二氧非常难以制备，需要在低温，真空下对液态氧和液态氟高压放电，而且大多数反应都需要在低温下才能发生。正因为其无法在室温下存在，二氟化二氧的诸多性质无法测定，也不能大规模应用。曾经科学家有过将二氟化二氧作为火箭发动机中的氧化剂的想法，但是后来实验失败。目前二氟化二氧仅在一些化学反应中有辅助合成的作用, 比如实验产物只能在低温下存在, 但是直接让反应物发生反应却要求高温的情况。

Derek Lowe先生为自己设定了一个列表， 这个列表中有10种物质，是“他这辈子也绝对不会与之打交道”的10种物质，而二氟化二氧自然就在其中，从他对Streng的论文的吐槽就可见一斑了。

Streng的这篇论文非常值得一读，这里面充斥着对反应现象的描述，让人忍俊不禁的同时, 一种钦佩之情油然而生。“violent explosion”, "sparking accompanied with an explosion", "reacted violently with a flash", "an instantaneous explosion", "reacted vigorously", "an explosively violent evolution of gas and heat"。

请热爱这个多姿多彩的世界，并向探索这个世界的科学家们致敬。

[1]Lucia V. Streng. (2016, December 30). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 04:43, February 7, 2017, from

[2]Streng, A. G. (1963). The Chemical Properties of Dioxygen Difluoride. Journal of the American Chemical Society, 85(10), 1380-1385.

[3]Derek Lowe. (2010, February 23). In ScienceMag, Retrieved 04:48 Februray 7, 2017, from

[4]Dioxygen difluoride. (2016, June 8). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 05:24, February 7, 2017, from

盗图，侵删

超甜：纽甜

纽甜是迄今为止世界上最甜的合成甜味剂，也是世界上最安全，口味最接近蔗糖的甜味剂，甜度是一般蔗糖的8000倍。

纽甜是在阿斯巴甜分子上结合一个疏水基团而形成的阿斯巴甜衍生物，热稳定性和甜度都比阿斯巴甜有了很大的提高。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210420145224

纽甜在干粉状态下具有极佳的稳定性，在干燥且适当的储存条件下，它可存放至少５年而不变质。因为纽甜没有吸湿性，能量又很低，所以十分适合作为食品甜味剂。

超苦：苯甲地那铵

苯甲地那铵，是世界上已知最苦的物质，如果以奎宁为基准1，苯甲地那铵苦度则为1000。在溶液中的浓度达0.003%时，便使人难以忍受。在日用品和工业品中用作苦味剂(或厌恶剂)。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210416091127

许多国家规定将苯甲地那铵用于日用品和塑料橡胶玩具制品等工业品中，以避免孩童吞食。Switch的游戏卡带中就添加了这种化合物。

超辣：树脂毒素

树脂大戟，据称是世界上最辣的植物，正是由于其汁液中含有的树脂毒素。

树脂毒素是一种天然的化学物质，存在于大戟属的树脂大戟（Euphorbia resinifera，一种常见于摩洛哥的仙人掌类植物）中，也存在于尼日利亚北部的多肉植物贝信麒麟（Euphorbia poissonii）中。树脂毒素是辣椒素的一种超强类似物，估计比辣椒素辣度高500到1000倍。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210604142307

墨西哥魔鬼椒的史高维尔指标大约在35~58万史高维尔单位之间，树脂毒素则可以达到80~160亿史高维尔单位。微量的树脂毒素即可造成化学灼伤，摄入10克可能对健康造成严重损害，甚至致命。

超毒：刺尾鱼毒素

刺尾鱼毒素，也称刺尾雕毒素，简称MTX。是一种由甲藻门中的岗比甲藻产生的剧毒物质，是目前人类发现的毒性最强的非蛋白质类毒素。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210616152918

刺尾鱼毒素最早被分离于一种能引起西加鱼毒中毒的刺尾鱼科鱼类栉齿刺尾雕，这种鱼在塔希提语被称为“maito”，因此该毒素得名“maitotoxin”。后来人们则发现它实际上是由岗比甲藻产生的，经食物链蓄积于各种不同品种的鱼类体内都有此毒素存在。

超强酸：氟锑酸

氟锑酸，也称六氟锑酸，属于超强酸性体系，是氢氟酸和五氟化锑反应后的产物，以1：1的比例混合时成为现在已知最强的超强酸，比纯硫酸要强20000000000000000000倍。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210607094739

氟锑酸会与水起强烈甚至爆炸性的反应，而且它会与目前已知几乎所有的溶剂发生反应。能溶解氟锑酸的溶剂有磺酰氟氯（SO2ClF）、液态二氧化硫及氟氯烃，盛放氟锑酸的容器可用特氟龙制造。

超强破坏力：三氟化氯

三氟化氯是无机化合物，气态时为淡黄色，有毒，有强腐蚀性，液态时为黄绿色，一般将其压缩成液体销售。该物质主要的用途是火箭燃料，半导体行业中清洗和蚀刻，核反应堆加工燃料等。

结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20210709144610

三氟化氯是在第二次世界大战期间由纳粹科学家发现的，经过多年的研究，他们发现它的破坏力太大了——三氟化氯能与大多数无机物、有机物甚至塑料反应，可以使许多材料不接触明火就燃烧，包括砂子以及其它含硅物品（如玻璃、石棉等）。在一起工业意外中，900千克三氟化氯泄漏，烧穿了30厘米厚的混凝土和90厘米厚的砾石。