【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機(jī)發(fā)光二極管,因石墨烯還可以取代燈具的傳統(tǒng)金屬石墨電極,使之更易于回收。這種物質(zhì)不僅可以用來(lái)開(kāi)發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣。9發(fā)展趨勢(shì)編輯石墨烯2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)把石墨烯帶入了人們的視線。2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈海姆教授和康斯坦丁諾沃肖洛夫教授通過(guò)一種很簡(jiǎn)單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，為此他們二人也榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯行業(yè)仍在量產(chǎn)摸索階段，主要的制備方法有微機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、氧化石墨還原法和氣相沉積法。其中氧化石墨還原法優(yōu)于制備成本相對(duì)較低，是主要制備方法。石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電導(dǎo)電極方面有非常好的應(yīng)用前景。觸摸屏、液晶顯示、有機(jī)光伏電池、有機(jī)發(fā)光二極管等等，都需要良好的透明電導(dǎo)電極材料。特別是，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優(yōu)良。氧化銦錫脆度較高，比較容易損毀。在溶液內(nèi)的石墨烯薄膜可以沉積于大面積區(qū)域。通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，可以制成大面積、連續(xù)的、透明、高電導(dǎo)率的少層石墨烯薄膜，主要用于光伏器件的陽(yáng)極，%能量轉(zhuǎn)換效率。與用氧化銦錫材料制成的元件相比，%。作為新興產(chǎn)業(yè)，前瞻網(wǎng)指出。石墨烯未來(lái)前途一片光明。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使其具備世界上最硬、最薄的特征，同時(shí)也具有很強(qiáng)的韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這些及其特殊的特性使其擁有無(wú)比巨大的發(fā)展空間，未來(lái)可以應(yīng)用于電子、航天、光學(xué)、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥、日常生活等大量領(lǐng)域。《十二五期間中國(guó)石墨烯行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》稱石墨烯集合世界上最優(yōu)質(zhì)的各種材料品質(zhì)于一身，故有業(yè)內(nèi)人士如此評(píng)價(jià)：如果說(shuō)20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，石墨烯則開(kāi)創(chuàng)了21世紀(jì)的新材料紀(jì)元，會(huì)給世界帶來(lái)實(shí)質(zhì)性變化。10諾貝爾獎(jiǎng)編輯石墨烯應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯強(qiáng)度超大，超薄的特性，石墨烯可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超薄超輕型飛機(jī)材料，超輕防彈衣等。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子的領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會(huì)成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來(lái)生產(chǎn)未來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，碳元素更高電子遷移率可以使未來(lái)的計(jì)算機(jī)獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如鋰離子電池、超級(jí)電容器方面，由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可用于作為電極材料助劑在2004年石墨烯出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家安德烈杰姆和克斯特亞諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離石墨片，然后把薄片兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣的操作，于是薄片越來(lái)越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯新方法層出不窮，經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，把石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。 因此，兩人于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們?cè)菐熒F(xiàn)在是同事，他們都出生于俄羅斯，都曾在那里學(xué)習(xí)，也曾一同在荷蘭學(xué)習(xí)和研究，最后他們又一起在英國(guó)制備出了石墨烯。這種神奇材料的誕生使安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。海姆和諾沃肖洛夫2004年制備出石墨烯。這是世界上最薄的材料，僅有一個(gè)碳原子厚。與所有其他已知材料不同的是，石墨烯高度穩(wěn)定，即使被切成1納米寬的元件，導(dǎo)電性也很好。此外，石墨烯單電子晶體管可在室溫下工作。而作為熱導(dǎo)體，石墨烯比任何其他材料的導(dǎo)熱效果都好。海姆和諾沃肖洛夫認(rèn)為，石墨烯晶體管已展示出優(yōu)點(diǎn)和良好性能，因此石墨烯可能最終會(huì)替代硅。由于成果要經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)，許多諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)都是在獲得成果十幾或幾十年后才頒發(fā)。而石墨烯材料的制備成功距今才6年時(shí)間，就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，這使諾沃肖洛夫感到意外。他說(shuō)：“今天早上聽(tīng)說(shuō)這個(gè)消息時(shí)，我非常驚喜，第一個(gè)想法就是奔到實(shí)驗(yàn)室告訴整個(gè)研究團(tuán)隊(duì)?！倍Ｄ穭t表示，“我從沒(méi)想過(guò)獲諾貝爾獎(jiǎng)，昨天晚上睡得很踏實(shí)”。海姆認(rèn)為，獲得諾貝爾獎(jiǎng)的有兩種人：一種是獲獎(jiǎng)后就停止了研究，至此終老一生再無(wú)成果；一種是生怕別人認(rèn)為他是偶然獲獎(jiǎng)的，因此在工作上倍加努力?！拔以敢獬蔀榈诙N人，當(dāng)然我會(huì)像平常一樣走進(jìn)辦公室，繼續(xù)努力工作，繼續(xù)平常生活?！?1研究成果編輯最小最快石墨烯晶體管2011年4月7日IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管，該產(chǎn)品每秒能執(zhí)行1550億個(gè)循環(huán)操作，比之前的試驗(yàn)用晶體管快50%。該晶體管的截止頻率為155GHz，使得其速度更快的同時(shí)，也比IBM展出的100GHz石墨烯晶體管具備了更多的能力。IBM研究人員林育名表示，石墨烯晶體管成本較低，可以在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，為石墨烯芯片的商業(yè)化生產(chǎn)提供了方向，從而用于無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)和影像等多個(gè)領(lǐng)域。該晶體管的研制是IBM承接美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的任務(wù)，研發(fā)高性能無(wú)線電頻率晶體管，軍方對(duì)此很感興趣。它尚未可完全用于PC機(jī)，因?yàn)樽匀皇┲腥鄙倌芟叮┚w管不具備數(shù)碼切換操作需要的開(kāi)閉比，從而在處理離散數(shù)碼信號(hào)方面不如傳統(tǒng)處理器。相比之下，石墨烯的連續(xù)能隙流使得其處理模擬信號(hào)的能力更強(qiáng)。通過(guò)使用IBM改良的“類金剛石碳”，石墨烯晶體管的溫度穩(wěn)定性更強(qiáng)。同時(shí)，它也是為止IBM最小的晶體管，選通脈沖寬度從550納秒降到了40納秒，而產(chǎn)品寬度為240納秒。2011年成果2009年12月1日在美國(guó)召開(kāi)的材料科學(xué)國(guó)際會(huì)議上，日本富士通研究所宣布，他們用石墨烯制作出了幾千個(gè)晶體管。富士通研究所的研究人員把原料氣體吹向事先涂有用做催化劑的鐵的襯底，在這種襯底上制成大面積石墨烯薄膜。大面積的石墨烯制備一直是個(gè)難題。在此基礎(chǔ)上，再配置電極和絕緣層，制成了石墨烯晶體管。由于石墨烯面積較大，富士通在上面制成了幾千個(gè)晶體管。石墨烯晶體管比硅晶體管功耗低和運(yùn)行速度快，可制作出性能優(yōu)良的半導(dǎo)體器件。如果改進(jìn)技術(shù)后有望進(jìn)一步擴(kuò)大石墨烯面積，這樣能夠制作出更多的晶體管和石墨烯集成電路，為生產(chǎn)高檔電子產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。2009年11月日本東北大學(xué)與會(huì)津大學(xué)通過(guò)合作研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯可產(chǎn)生太赫茲光的電磁波。研究人員在硅襯底上制作了石墨烯薄膜，把紅外線照射到石墨烯薄膜上，只需很短時(shí)間就能放射出太赫茲光。如果今后能夠繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)，使光源強(qiáng)度進(jìn)一步增大，開(kāi)發(fā)出高性能的激光器。研究團(tuán)隊(duì)在硅襯底上使用有機(jī)氣體制作一層碳硅化合物。然后，進(jìn)行熱處理，使其生長(zhǎng)出石墨烯的薄膜。該石墨烯薄膜只需極短暫的時(shí)間照射紅外線，就能從石墨烯上發(fā)送出太赫茲光。，該團(tuán)隊(duì)正致力于開(kāi)發(fā)能把光粒封閉在內(nèi)部，使光源強(qiáng)度增加的器件，期望能夠開(kāi)發(fā)出在接近室溫條件下可工作的太赫茲激光器。2010年，美國(guó)萊斯大學(xué)利用該石墨烯量子點(diǎn)，制作單分子傳感器。萊斯大學(xué)把石墨烯薄片與單層氦鍵合，形成石墨烷。石墨烷是絕緣體。氦使石墨烯由導(dǎo)體變換成為絕緣體。研究人員移除石墨烯薄片兩面的氦原子島，就形成了被石墨烷絕緣體包圍的、微小的導(dǎo)電的石墨烯阱。該導(dǎo)電的石墨烯阱就可作為量子阱。量子點(diǎn)的半導(dǎo)體特性要優(yōu)于體硅材料器件。這一技術(shù)可用來(lái)制作化學(xué)傳感器、太陽(yáng)能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級(jí)電路等。全球最小光學(xué)調(diào)制器問(wèn)世 可高速傳輸信號(hào) 一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待據(jù)美國(guó)媒體今晨報(bào)道，美國(guó)華裔科學(xué)家使用納米材料石墨烯最新研制出了一款調(diào)制器，科學(xué)家表示，這個(gè)只有頭發(fā)絲四百分之一細(xì)的光學(xué)調(diào)制器具備的高速信號(hào)傳輸能力，有望把互聯(lián)網(wǎng)速度提高一萬(wàn)倍，一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待。這項(xiàng)研究是由加州大學(xué)伯克利分校勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的張翔教授、王楓助理教授以及博士后劉明等組成的研究團(tuán)隊(duì)共同完成的，研究論文于2011年6月2日在英國(guó)《自然》雜志上發(fā)表。這項(xiàng)研究的突破點(diǎn)就在于，用石墨烯這種世界上最薄卻最堅(jiān)硬的納米材料，做成一個(gè)高速、對(duì)熱不敏感，寬帶、廉價(jià)和小尺寸的調(diào)制器，從而解決了業(yè)界長(zhǎng)期未能解決的問(wèn)題。華人科研團(tuán)隊(duì)把石墨烯鋪展在一個(gè)硅波導(dǎo)管的頂部，建造出了這款能打開(kāi)或關(guān)閉光束的光調(diào)制器（調(diào)制器是控制數(shù)據(jù)傳輸速度的關(guān)鍵），把電子信號(hào)轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號(hào)傳輸數(shù)字信息。銅導(dǎo)線長(zhǎng)距離傳輸速度最高可達(dá)100兆，而每個(gè)石墨烯調(diào)制器的傳輸速度比銅導(dǎo)線快約千倍。如果把10個(gè)石墨烯調(diào)制器放在一起，傳輸速度可以達(dá)到百萬(wàn)兆，上網(wǎng)速度會(huì)比現(xiàn)在快1萬(wàn)倍。價(jià)廉物美是石墨烯調(diào)制器的另一優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)上的光學(xué)調(diào)制器5250美元一個(gè)，而石墨烯調(diào)制器只需要幾美元。 相對(duì)于現(xiàn)有調(diào)制器幾個(gè)平方毫米的體積，這種石墨烯調(diào)制器還具有體積小的優(yōu)勢(shì)，只有25平方微米，且僅有頭發(fā)絲的四百分之一細(xì)，它可以放在電腦主板上的任何位置。張翔教授表示，新石墨烯調(diào)制器不僅可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品上，還可用于任何受限于數(shù)據(jù)傳輸速度的領(lǐng)域，包括生物信息學(xué)以及天氣預(yù)報(bào)等，未來(lái)也會(huì)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。低成本石墨烯電池 或?qū)崿F(xiàn)“一分鐘充電”據(jù)了解，美國(guó)俄亥俄州Nanotek儀器公司的研究人員利用鋰離子可在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出一種新型儲(chǔ)能設(shè)備，可以把充電時(shí)間從過(guò)去的數(shù)小時(shí)之久縮短到不到一分鐘。該研究發(fā)表在出版的《納米快報(bào)》上。作為導(dǎo)電性、機(jī)械性能都很優(yōu)異的材料，素來(lái)有“黑金子”之稱的石墨烯在中國(guó)市場(chǎng)上的價(jià)格近十倍于黃金，超過(guò)2000元/克。新型石墨烯電池實(shí)驗(yàn)階段的成功，無(wú)疑會(huì)成為電池產(chǎn)業(yè)的一個(gè)新的發(fā)展點(diǎn)。電池技術(shù)是電動(dòng)汽車大力推廣和發(fā)展的最大門檻，而的電池產(chǎn)業(yè)正處于鉛酸電池和傳統(tǒng)鋰電池發(fā)展均遇瓶頸的階段，石墨烯儲(chǔ)能設(shè)備的研制成功后，若能批量生產(chǎn)，則會(huì)為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的變革。首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏研制成功1月8日，江南石墨烯研究院對(duì)外發(fā)布，全球首款手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。該成果經(jīng)上海科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所和廈門大學(xué)查實(shí)，顯示為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。江南石墨烯研究院、常州二維碳素科技有限公司聯(lián)合無(wú)錫麗格光電科技有限公司和深圳力合光電傳感器技術(shù)有限公司共同研發(fā)的手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏項(xiàng)目，成功制成電容觸摸屏手機(jī)樣機(jī)，并完成了功能測(cè)試。這款透明到幾乎用肉眼無(wú)法辨析的超級(jí)薄膜，具有現(xiàn)有智能手機(jī)觸摸屏的基本功能，電容屏傳感器整個(gè)觸摸區(qū)域可以識(shí)別單指和雙指觸摸及進(jìn)行畫線動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)圖片單指手勢(shì)左右拖動(dòng)及雙指手勢(shì)放大和旋轉(zhuǎn)，而這只是石墨烯材料產(chǎn)品之一。據(jù)此前相關(guān)報(bào)道稱，石墨烯的相關(guān)產(chǎn)品在國(guó)外還處于研發(fā)和概念機(jī)階段，尚未有大規(guī)模制造及商業(yè)化。而此次首