【文章內(nèi)容簡介】 烯做的光電化學(xué)電池可以取代基于金屬的有機發(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)不僅可以用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機材料、制造出超堅韌的防彈衣。9發(fā)展趨勢編輯石墨烯2010年的諾貝爾物理學(xué)獎把石墨烯帶入了人們的視線。2004年英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈海姆教授和康斯坦丁諾沃肖洛夫教授通過一種很簡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。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械剝離法、外延生長法、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、有機光伏電池、有機發(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，石墨烯的機械強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，同時也具有很強的韌性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這些及其特殊的特性使其擁有無比巨大的發(fā)展空間，未來可以應(yīng)用于電子、航天、光學(xué)、儲能、生物醫(yī)藥、日常生活等大量領(lǐng)域。《十二五期間中國石墨烯行業(yè)深度市場調(diào)研與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》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)人士如此評價：如果說20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，石墨烯則開創(chuàng)了21世紀(jì)的新材料紀(jì)元，會給世界帶來實質(zhì)性變化。10諾貝爾獎編輯石墨烯應(yīng)用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯強度超大，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。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來超級計算機，碳元素更高電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。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)在實驗室中，當(dāng)時，英國曼徹斯特大學(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單方法得到越來越薄的石墨薄片。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)域已為時不遠了。 因此，兩人于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。他們曾是師生，現(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。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為，石墨烯晶體管已展示出優(yōu)點和良好性能，因此石墨烯可能最終會替代硅。由于成果要經(jīng)得起時間考驗，許多諾貝爾科學(xué)獎項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年時間，就獲得了諾貝爾獎，這使諾沃肖洛夫感到意外。他說：“今天早上聽說這個消息時，我非常驚喜，第一個想法就是奔到實驗室告訴整個研究團隊?！倍Ｄ穭t表示，“我從沒想過獲諾貝爾獎，昨天晚上睡得很踏實”。海姆認為，獲得諾貝爾獎的有兩種人：一種是獲獎后就停止了研究，至此終老一生再無成果；一種是生怕別人認為他是偶然獲獎的，因此在工作上倍加努力。“我愿意成為第二種人，當(dāng)然我會像平常一樣走進辦公室，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1550億個循環(huán)操作，比之前的試驗用晶體管快50%。該晶體管的截止頻率為155GHz，使得其速度更快的同時，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，從而用于無線通信、網(wǎng)絡(luò)、雷達和影像等多個領(lǐng)域。該晶體管的研制是IBM承接美國國防部高級研究計劃局的任務(wù)，研發(fā)高性能無線電頻率晶體管，軍方對此很感興趣。它尚未可完全用于PC機，因為自然石墨烯中缺少能隙，石墨烯晶體管不具備數(shù)碼切換操作需要的開閉比，從而在處理離散數(shù)碼信號方面不如傳統(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的能力更強。通過使用IBM改良的“類金剛石碳”，石墨烯晶體管的溫度穩(wěn)定性更強。同時，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日在美國召開的材料科學(xué)國際會議上，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晶體管。石墨烯晶體管比硅晶體管功耗低和運行速度快，可制作出性能優(yōu)良的半導(dǎo)體器件。如果改進技術(shù)后有望進一步擴大石墨烯面積，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)與會津大學(xué)通過合作研究發(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，只需很短時間就能放射出太赫茲光。如果今后能夠繼續(xù)改進技術(shù)，使光源強度進一步增大，開發(fā)出高性能的激光器。研究團隊在硅襯底上使用有機氣體制作一層碳硅化合物。然后，進行熱處理，使其生長出石墨烯的薄膜。該石墨烯薄膜只需極短暫的時間照射紅外線，就能從石墨烯上發(fā)送出太赫茲光。，該團隊正致力于開發(fā)能把光粒封閉在內(nèi)部，使光源強度增加的器件，期望能夠開發(fā)出在接近室溫條件下可工作的太赫茲激光器。2010年，美國萊斯大學(xué)利用該石墨烯量子點，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)可用來制作化學(xué)傳感器、太陽能電池、醫(yī)療成像裝置或是納米級電路等。全球最小光學(xué)調(diào)制器問世 可高速傳輸信號 一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待據(jù)美國媒體今晨報道，美國華裔科學(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，這個只有頭發(fā)絲四百分之一細的光學(xué)調(diào)制器具備的高速信號傳輸能力，有望把互聯(lián)網(wǎng)速度提高一萬倍，一秒鐘內(nèi)下載一部高清電影指日可待。這項研究是由加州大學(xué)伯克利分校勞倫斯國家實驗室的張翔教授、王楓助理教授以及博士后劉明等組成的研究團隊共同完成的，研究論文于2011年6月2日在英國《自然》雜志上發(fā)表。這項研究的突破點就在于，用石墨烯這種世界上最薄卻最堅硬的納米材料，做成一個高速、對熱不敏感，寬帶、廉價和小尺寸的調(diào)制器，從而解決了業(yè)界長期未能解決的問題。華人科研團隊把石墨烯鋪展在一個硅波導(dǎo)管的頂部，建造出了這款能打開或關(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），把電子信號轉(zhuǎn)化成光學(xué)信號傳輸數(shù)字信息。銅導(dǎo)線長距離傳輸速度最高可達100兆，而每個石墨烯調(diào)制器的傳輸速度比銅導(dǎo)線快約千倍。如果把10個石墨烯調(diào)制器放在一起，傳輸速度可以達到百萬兆，上網(wǎng)速度會比現(xiàn)在快1萬倍。價廉物美是石墨烯調(diào)制器的另一優(yōu)勢，市場上的光學(xué)調(diào)制器5250美元一個，而石墨烯調(diào)制器只需要幾美元。 相對于現(xiàn)有調(diào)制器幾個平方毫米的體積，這種石墨烯調(diào)制器還具有體積小的優(yōu)勢，只有25平方微米，且僅有頭發(fā)絲的四百分之一細，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)報等，未來也會廣泛應(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動的特性，開發(fā)出一種新型儲能設(shè)備，可以把充電時間從過去的數(shù)小時之久縮短到不到一分鐘。該研究發(fā)表在出版的《納米快報》上。作為導(dǎo)電性、機械性能都很優(yōu)異的材料，素來有“黑金子”之稱的石墨烯在中國市場上的價格近十倍于黃金，超過2000元/克。新型石墨烯電池實驗階段的成功，無疑會成為電池產(chǎn)業(yè)的一個新的發(fā)展點。電池技術(shù)是電動汽車大力推廣和發(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，石墨烯儲能設(shè)備的研制成功后，若能批量生產(chǎn)，則會為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動車產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。首款手機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外發(fā)布，全球首款手機用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。該成果經(jīng)上?？茖W(xué)技術(shù)情報研究所和廈門大學(xué)查實，顯示為國內(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)的手機用石墨烯電容觸摸屏項目，成功制成電容觸摸屏手機樣機，并完成了功能測試。這款透明到幾乎用肉眼無法辨析的超級薄膜，具有現(xiàn)有智能手機觸摸屏的基本功能，電容屏傳感器整個觸摸區(qū)域可以識別單指和雙指觸摸及進行畫線動作，實現(xiàn)圖片單指手勢左右拖動及雙指手勢放大和旋轉(zhuǎn)，而這只是石墨烯材料產(chǎn)品之一。據(jù)此前相關(guān)報道稱，石墨烯的相關(guān)產(chǎn)品在國外還處于研發(fā)和概念機階段，尚未有大規(guī)模制造及商業(yè)化。而此次首