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材料之王”石墨烯,必将掀起科技领域的下一场革命

作者:管理员

尽管全球范围内都对石墨烯高度关注,石墨烯产业看似繁华,但石墨烯产业化进程不尽人意。目前,石墨烯产业总体上正处于概念导入期、产业化突破前期,正从实验室走向产业化。随着技术的成熟度越来越高以及资本市场、政府政策的大力推动,或许不用很久石墨烯将可以掀起电子科技领域的下一场革命。因石墨烯具有的材质坚硬、透光率高、能量损耗低等特性,必将在半导体、传感器、柔性触摸屏、可穿戴设备、环境治理等高端领域得以广泛应用。

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1)材质坚硬。石墨烯的厚度为0.34纳米,比表面积约为2630平方米/克,为已发现的最薄的材料,但其强度却达到180吉帕(约为普钢钢材的100倍),是人类已知强度最高的物质。哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试石墨烯的承受能力,在被实验的石墨烯样品微粒开始碎裂前,每100纳米距离上的石墨烯可承受的最大压力达到2.9微牛左右。这意味着如果用石墨烯制成包装袋,那么它将能承受大约两吨重的物品。石墨烯兼具轻薄而坚硬的材料特性可以使得其在军队轻型运输装备、防御型武器装备的材料生产中发挥出巨大的潜力。

2)透光率高。石墨烯吸收约2.3%的光,而其透光率则在97%以上,这使得它能够做到几乎完全透光,加之石墨烯具备良好的柔性。可以设想,如果手机、平板电脑上的其他部件和材料也应用石墨烯进行相应的改进,那么未来电子产品的显示屏就有可能真正实现可折叠。而这样的技术将使得未来的军事装备设计更加得心应手,富有人性化。美国辉锐科技公司研发并制造出大面积柔性触控屏,率先进军大面积石墨烯柔性触控屏市场,并获专业的科技行业投资基金IDG资本入股成为其股东之一。可见,石墨烯不仅在国防科技领域具有重要的发展前景,其广阔的应用范围也引发了民营企业的密切关注。除辉锐科技公司外,韩国三星去年便宣称已将石墨烯成功应用于触摸平板显示器,并制造出多层石墨烯等材料组成的透明可弯曲显示屏,可广泛应用于移动设备。

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3)能量损耗低。科学人员通过对机械剥离法制备的石墨烯进行研究发现,在石墨烯的导带和价带之间有重叠,而电子和空穴在其中均有很高的迁移率,其电子迁移的速度仅为光速的三百分之一,远远高出其在硅、铜等传统半导体和导体中的速率。一方面,由于石墨烯电阻率极低,这样高的电子迁移速率使得石墨烯的能量损耗极低。中国科学技术大学教授曾长淦曾说:“电子在石墨烯里边好像没有质量一样,运动速度非常快。”


另一方面,相对于现在普遍使用的硅基材料,石墨烯具有非常好的导热性能,芯片的主频理论上可以达到300G,并且有比硅基芯片更低的功耗——早在几年前,IBM在实验室中的石墨烯场效应晶体管主频达155G,这对于提高芯片性能具有显著影响。这将使得未来国防科技装备具备更快更强的“大脑”。

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此外,石墨烯对于气体、液体等几乎是“零渗透”。这意味着,如果给舰艇涂上石墨烯涂层,就好似穿上一身“刀枪不入”的防腐铠甲。这些令人感到惊奇的特性也让石墨烯在短短数十载中逐渐成为人们公认的“新材料之王”。