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  • 解析石墨烯的应用前景

    作者:佚名 来源:网络 时间:2011-08-16 00:20 阅读:1530 [投稿]
    石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜,以及成本低于铜但与铜相比可通过大电流的电线等。
    引言
    碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。具体来说,具有在室温下也高达20万cm2/Vs以上的载流子迁移率,以及远远超过铜的对大电流密度的耐性。为此,石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜,以及成本低于铜但与铜相比可通过大电流的电线等。
    另外,在目前可以制作的片状材料中,石墨烯的厚度最薄、比表面积也较大。而且,还具有超过金刚石的强度、弹性模数和导热率。如果没有缺陷的话,即便是单层石墨烯,也不会通过大于氦(He)原子的物质。这些性质可以使石墨烯作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器,或是理想的阻挡膜(Barrier Film)。
    与其他材料相比,石墨烯还拥有许多极为特殊的性质。例如,在室温下也可呈现量子霍尔效应;可实现名为“Klein Tunneling”的、透射率为100%的通道效应;电阻值为固定值而与距离无关的“弹道输运”(Ballistic Transport)的有效距离较长;按照由石墨烯上的自由电子来描述中微子的方程式(韦尔方程,Weyl Equation),石墨烯可以像质量为零的粒子一样运动;而且,石墨烯具有被称为“赝自旋(Pseudospin)”和“赝磁场”的、宛如存在电子自旋和磁场的特性;石墨烯还拥有负折射率,等等。这些特性可以使石墨烯用于超高精度的气体传感器和应变传感器等。
    本系列将介绍在实际应用中利用石墨烯的各种出色性质或特殊性质的先端技术。
    “触摸面板”最快于2012年面世
    相当于一层石墨的材料——石墨烯的研究开发在全球范围内正热火朝天地展开。仅2010年发表的相关研究论文就超过了3000篇。其中中国科学院和新加坡国立大学(the National University of Singapore,NUS)在论文数量方面远远领先于其他研究机构。而理应在新材料开发上占有一定优势的日本研究机构却处于苦战之中。
    在应用方面引领全球的国家是韩国。其中韩国三星电子已经发表了多项应用石墨烯的触摸面板和高速晶体管等研究成果。
    三星目前在产品化的竞争方面也处于领先地位。因石墨烯获得2010年诺贝尔物理学奖的研究人员康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和安德烈·海姆(Andre Geim)曾在诺贝尔获奖演讲“Nobel Lecture”等上表示三星已经制定利用石墨烯的产品群开发蓝图。开发蓝图中的第一个研发目标就是把石墨烯用做透明导电膜的触摸面板。另外三星还计划于2012年推出配备有该石墨烯制触摸面板的便携终端。
    三星曾于2010年6月宣布与韩国成均馆大学(Sungkyunkwan University)共同制作出了30英寸(对角线约76cm)的石墨烯片。这一消息令全球震惊。这是因为实现数十cm对角线大小的石墨烯片一直是人们的梦想。此前制出的最大石墨烯片最大仅能达到对角线为数mm~1cm(韩国曾实现了数cm对角线大小)。 
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