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石墨烯将掀起电子科技下一场革命?

2015-01-29 14:00:59 百度百家   作者: 张江健  
        新材料技术永远都是科技行业发展突飞猛进的重要推动力,晶体硅的出现就曾让电子科技行业繁荣了数十年。而目前石墨烯是公认的具有与硅晶体同等价值的新材料,也是已知的世上最薄、最坚韧的纳米材料,石墨烯技术的飞速发展将有望缔造下一个电子科技新时代。

上一场革命:晶体硅

如果说20世纪初发明的电子管是近百年电子工业发展的起点,那么毫无疑问20世纪中期美国贝尔实验室发明的晶体管则是半个世纪以来电子工业得以蓬勃发展的助推器。相比电子管的笨重、能耗大、寿命短、噪声大、制造工艺复杂,以晶体硅半导体为原材料的晶体管克服了这些缺陷,它的问世问世被誉为本世纪最伟大的发明之一,也是微电子革命的先驱。

正是电子晶体管的出现才让微型集成电路技术出现爆炸性增长,数十年来,微电子技术不仅在计算机、手机、消费电子产品中得到了广泛应用,而且在汽车、工业控制、航空航天、医疗设备等无数专业电子设备中得到广泛使用,通过让机器设备微型化、自动化、计算机化,将从根本上改变人类的生活。

正因为微电子技术发展突飞猛进,才有了著名的摩尔定律。根据摩尔定律的预测,集成电路芯片上所集成的电路数目,每隔18个月就翻一倍,而价格会下降一半。纵观近几十年来,无论是计算机硬件还是智能手机等一系列消费电子产品,性能都在飞速提升而价格则急剧下降,技术变革的速度往往超出人们的想象。

下一场革命:石墨烯

被誉为“21世纪的神奇材料”、“万能材料”的石墨烯自2004年首次从石墨中分离出来,到今天被业界广泛追捧也就只有短短十年的时间,它的出现在科学界激起了巨大的波澜,英国科学家还因此获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,是世界上已知最薄、最坚硬的纳米材料,具有出色的韧性、导电性及导热性。石墨烯由于提炼技术还不成熟,目前相关技术研究大多还处在实验室阶段,离大规模量产还有相当于距离,因此它也是被号称价格10倍于黄金的纳米材料。

由于石墨烯具有比晶体硅有更好的导电性及导热性,效率可比硅至少高100倍,因此也被认为是最有可能替代硅材料而成为未来微型集成电路的新型材料。正如华为创始人任正非所说:这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代!

石墨烯应用前景展望

正因为石墨烯在新能源、新材料、电子科技、航天军工等领域有着非常大的潜在应用价值,近年来受到学界、政府、资本的重视与追捧。无论是欧洲、美国,还是亚太地区,目前都紧急将石墨烯技术提升到一个未来技术创新竞争的战略高度。2013年欧盟将石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”,每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的研究经费。

作为最薄、最坚硬、导电性最好且拥有强大灵活性的纳米材料,基于石墨烯材料的新能源电池功率密度比锂电池高100倍,能量储存密度比传统超级电容高30倍,是目前高性能电池升级的一个重要方向。

随着目前智能手机芯片更快、屏幕更大、功能更多,手机耗电量也在飞速增长,而受于体积及重量、外观设计的限制,手机电池技术的瓶颈越来越明显,而石墨烯电池的应用将有望让智能手机、可穿戴设备及电动汽车等一系列前沿高科技产品的体积及性能、成本及续航能力等有重大突破。

此外,石墨烯作为世界上最薄、机械强度最高的纳米材料,具有高透光性和高导电性,将其用于手机屏幕将使未来的手机更薄,视觉效果更好,甚至具备透明屏幕的酷炫效果。

石墨烯纳米材料本身的天然特性决定了,其可在复合材料、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、生物医药等多个领域具有广阔的应用前景。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,预计不用很久石墨烯将可能掀起电子科技领域的下一场革命。




责任编辑: 李颖

标签: 石墨烯 储能电池 电动汽车

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