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石墨烯的碳时代设想何时才能到来？

2013/8/28 22:38:58 作者：UPS应用来源：UPS应用
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　时下，触摸屏直板手机风靡全球，你能想象出屏幕可以任意弯曲、价格比现在还便宜的手机吗？5月18日，中国首条年产3万平方米石墨烯薄膜生产线投产暨石墨烯手机触摸屏新品发布会在常州举行，这标志着中国在石墨烯产业化应用方面迈出了关键性的一步。　　

　　时下，触摸屏直板手机风靡全球，你能想象出屏幕可以任意弯曲、价格比现在还便宜的手机吗？5月18日，中国首条年产3万平方米石墨烯薄膜生产线投产暨石墨烯手机触摸屏新品发布会在常州举行，这标志着中国在石墨烯产业化应用方面迈出了关键性的一步。
　　
　　未来，石墨烯可用以生产频率更高、发热量更小、信息量更大的计算机芯片。据估计，届时芯片处理器的频率有望达到1THz以上(现在商用CPU最好的为GHz量级，1THz=1000GHz)。
　　
　　未来，用石墨烯制备的手机电池，三分钟就充满电，能打半个月电话。应用了石墨烯的光调制器，可使网络速度快一万倍。
　　
　　未来，石墨烯可实现直接快速低成本的基因测序，几个小时就能测定完你自己的基因序列或者很快就能从基因上鉴定某种疾病。
　　
　　未来，用石墨烯还可开发出超轻型飞机、超坚韧的防弹衣、轻型汽车，甚至是直上九霄的太空电梯。
　　
　　中科院在6月20日发布的《科技发展新态势与面向2020年的战略选择》研究报告中指出，未来5~10年世界可能发生22个重大科技事件，其中石墨烯将成为“后硅时代”的新潜力材料。
　　
　　神奇的性能
　　
　　石墨烯是一种由碳原子紧密排列而成的蜂窝状结构的二维晶体，看上去近似一张六边形网格构成的平面。它是目前已知最薄的一种材料，单层的石墨烯只有一个碳原子的厚度，属于纳米材料的一种。
　　
　　2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆（AndreGeim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（KonstantinNovoselov）成功地在实验室从石墨薄片中剥离出了石墨烯，两人因“在二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖。人们发现，它的厚度只有0.34纳米，一片1毫米厚的石墨片由近300万层石墨烯堆垛而成。
　　
　　石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮，特别是它的独特性能，许多专家称之为“改变21世纪的材料”，并预测“21世纪将是碳（C）的世纪”。
　　
　　石墨烯具有超强的导电性，迁移率是硅的100倍。据专家介绍，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射，受到的干扰也非常小。因此电子的运动速度超过了在其他金属单体或半导体中的运动速度，能够达到光速的1/300。
　　
　　石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜铝等金属的数十倍，这使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。石墨烯还具有比金刚石还坚硬、是钢铁100倍的机械强度，以及可拉伸折叠的柔韧性和优异的透光性，透光率达到97.4%。
　　
　　此外，石墨烯具有极高的比表面积，理想的单层石墨烯比表面积能够达到2630平方米每克，而普通的活性炭的比表面积为1500平方米每克，这使得石墨烯可成为潜力巨大的储能材料。
　　
　　应用前景广阔
　　
　　刚诞生不久的石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的碳材料，在触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域拥有广阔的应用前景，一旦量产将成为下一个万亿级的新兴产业。
　　
　　“目前从全世界范围来看，石墨烯都属于前沿研究，材料的研发仍处于初级阶段，离大规模应用尚存在一段距离，但这并不意味着遥遥无期。”南京大学电子科学与工程学院教授王欣然说，最先进入市场的应该是手机、平板电脑等终端上的石墨烯触摸屏，预计2年后就可以上市。而由石墨烯做的光电探测器、太阳能电池等光电器件也将于2015年逐步进入市场。但是，要求更高、工艺更为苛刻的高频电路、逻辑电路则在更远的将来才能走向市场。
　　
　　中国科学院院士高鸿钧也表示，石墨烯在未来电子器件上具有诱人的应用前景，被看作是石墨烯研究最可能突破、实现产业化的领域，成为国际上的研究热点和竞争焦点。
　　
　　据媒体报道，日前，中科院重庆绿色智能技术研究院已经成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯，其尺寸达到了国内最高水平。中科院重庆研究院目前已经在铜箔衬底上生长出15英寸的均匀单层石墨烯，并成功将其完整地转移到柔性PET衬底上和其他基底表面。通过进一步加工，还制备出了7英寸的石墨烯触摸屏。将石墨烯触摸屏贴在一台普通笔记本电脑的显示屏上，用手写笔可在屏幕上写字。
　　
　　在储能领域，石墨烯有望在锂离子电池和超级电容器发展上大显身手。石墨烯优异的导电性能和柔韧的二维层状结构，可以提高锂离子电池和超级电容器的充放电速度、循环稳定性和安全性，有可能达到几分钟甚至几秒钟充满电，这样的石墨烯锂电池在消费电子、电动汽车和储能领域具有很大市场。
　　
　　此外，用石墨烯制成的散热薄膜可应用到智能手机、平板电脑、LED照明、LCD电视等超薄大功耗电子产品。功能化的石墨烯材料在生物医药、生物诊断和食品加工等领域也有极高的应用价值。
　　
　　投资热度升温
　　
　　由于石墨烯巨大的市场潜力，世界范围内掀起了石墨烯的研发和投资热潮。目前三星电子、IBM、陶氏化学、通用、施乐公司等国际大牌厂商都在积极推进石墨烯产业化研究。
　　
　　资料显示，目前全球有200多家公司涉及石墨烯的相关研究和开发，在产品专利数量上，中国和美国遥遥领先。对石墨烯行业有较深研究的英国科技策略机构剑桥知识产权公司（CambridgeIP）的最新数据显示，目前全球最大的10个石墨烯相关专利持有机构分别是IBM、韩国高级科技仪器公司（KAIST）、韩国科技仪器公司（KIST）、莱斯大学、三星、美国晟碟、清华大学、韩国成均馆大学、美国施乐公司、浙江大学。
　　
　　剑桥知识产权公司董事长唐诺克表示，过去几年中，亚洲地区特别是韩国和中国的石墨烯专利活动显著增加。
　　
　　在国内，浙江大学、清华大学、北京大学、中国科学院金属所、中国科学院宁波材料所、上海交通大学、东南大学、天津大学等高校及科研机构在石墨烯的制备及应用领域申请了众多专利。
　　
　　截至今年6月，国内机构共申请石墨烯相关的发明专利3000多项，其中456项已经获得国家知识产权局的专利授权，主要集中在石墨烯的制备和石墨烯应用领域。
　　
　　在石墨烯的产业化应用方面，江苏走在了全国前列。2010年7月，泰州成立了国内首个专业的石墨烯新材料公司，目前已具备较大规模。
　　
　　(nero)

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