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【PConline 特别策划】新物质元素的出现是可以导致科技剧变的标志，在技术革命时代，任何一个有可能颠覆人们观念的材料、组合或者化学反应都将让一批又一批探路者为之付出和兴奋。石墨烯，一种由碳原子组成的新材料，在2010年被评为诺贝尔物理学奖后，这一导体材料的出现，对于诸多行业的影响都极大，而这一纳米导体会影响怎样的产品变化呢，科学家在花费10亿欧元的同时，注定必须要打通一些瓶颈，这背后的各种可能性，究竟是什么？ 欧盟委员会于今年1月批准了石墨烯旗舰项目。此前，石墨烯研究已经是世界上规模最大的材料科研项目，总计有数百名来自欧洲17个国家的科学家参与。在旗舰项目于11月25日提交进一步的项目提案后，石墨烯研究必将进一步扩大。
石墨烯是当前人类制造出的最薄、最硬的纳米物质：一薄片碳原子以六边蜂窝型呈现，坚硬如金刚石，其强度是铁的数百倍。但与此同时却具有极高的柔韧度，甚至具备可伸缩性。以石墨烯为媒介在室内环境下传输电流，其速度超过任何已知的导体材料。此外，它还能将任意波长的光转换成稳定的光流。自从石墨烯于10年前第一次被分离出来后，研究者针对它潜在的用途提出了多种设想——从更快的电脑芯片到更灵活的触摸屏，新型电池以及可开发的更多产品。 因此，业界提出针对石墨烯开展技术革新。该观点于2011年首次提出，旨在促成一项由多国共同推动的“石墨烯旗舰技术”项目。该项目时长10年，总投入为10亿欧元（约合13.5亿美元），欧洲各国共同努力将石墨烯从实验室引领到工业领域。除此外，为了弥补石墨烯的缺陷，旗舰项目还将研究超过12种原子超薄材料，与石墨烯搭配使用。
近来最新的两项研究似乎对石墨烯而言不是很好的消息。其一，布朗大学的生物学者、工程师和材料科学家团队检测了这种材料对于人体细胞的潜在毒性。他们发现石墨烯纳米粒子的锯齿边缘非常锋利和强劲，能够轻易穿刺入人类皮肤以及免疫细胞的细胞膜。石墨烯的可利用性，在近期再次被质疑。 全球首个全碳等离子激光器问世 澳大利亚莫纳什大学的科学家日前撰文称，他们研发出了全球首个完全由碳基材料制成的等离子激光器。该技术有望在提高运行速度的同时，彻底改变电子产品的外形。未来，如名片般轻薄柔软的手机甚至能被直接印制在衣服上。
负责此项研究的莫纳什大学电子和计算机系统工程学院（ECSE）博士盖鲁帕辛哈称，与半导体等离子激光器相比，碳基等离子激光器还将提供更多优势。 盖鲁帕辛哈说：“目前传统的等离子激光器大部分由金、银等金属纳米颗粒和半导体量子点制成，而我们的设备则由石墨烯谐振器和碳纳米管增益元件组成。使用碳意味着，这种激光器的效率更高、更柔软便携，能够在高温下工作，并且更加环保。>> 热门产品 三星ES8000 创维E700S 夏普LX640A 海信XT770 惠普2520hc 佳能MP288 TP-Link TL-WR847N JCG JHR-N835R 华为T8950 HTC One SC 神舟精盾K790 神舟精盾Q480 但有一些人质疑该项目对于石墨烯的期望是不是过大，这种跨学术界和产业的合作不可避免地受到官僚主义的束缚，它是否是推动技术革新的最有效方法？国外纳米专家表示：“这种方法并不能真正推动产品革新。”此外，一些参与项目的研究者担忧：在未来几年中，政治力量会压过本应处于最优先位置的科研活动，控制本就分散的资金来源。说白了，就是不能给你白花钱。
不过，由于对旗舰项目的未来充满信心，各国政府与包括诺基亚和空客公司在内的行业合作伙伴将共同提供项目所需的一半资金，而欧盟委员会将提供另一半资金。旗舰项目负责人说：“我希望10年后，基于石墨烯或者其他薄层材料的科学技术将成为主流。正如当下我们广泛地将聚合物、半导体技术以及制陶术应用于生活中一样，石墨烯总有一天也会如此。” 旗舰项目被细分为16项研究内容，其中大部分项目着眼于提升石墨烯在实际生活中的应用，例如高频电子、传感器以及能量储存。在项目启动阶段投入5400万欧元后，该项目进一步的研究提案总价值达900万欧元，预计于2016年年底前开发出第一批技术原型。 产业行动 目前旗舰项目的前端公司，一年石墨烯产量为差不多15平方米。今年，该公司利用氢的泡沫成功在没有造成腐蚀的情况下将大型单片石墨烯从铜薄片中分离出来，提高了石墨烯的产量，降低了生产成本。
但是，诺基亚公司传感器负责人说：“尽管前端公司作出了努力，石墨烯的生产过程仍然非常复杂，将石墨烯添加到基片上难度很大。”旗舰项目的目的是精炼化学气相沉积（cvd）过程，并对备选生产方法进行改良。 此外，问题还在于如何把新鲜出炉的石墨烯从催化箔转移到新的基片上。例如，当把石墨烯安置在硅片上时，硅片会起褶皱。一个解决方法是直接在基片上制造石墨烯，或者将其安置在其他更坚固、防护能力更强的单层上，诸如氮化硼。该方法于今年早些时候已经开始了小规模尝试。但是要找到一项实用的生产方法仍然有很长的一段路要走。石墨烯从出生至今，想要获得更大空间，则需要一次彻底的突破。” 尽管在制造方面面临诸多挑战，但有人指出石墨烯已经对市场造成了冲击。例如，将多片单层合在一起的多层石墨烯可用于强化网球拍。此外，多层石墨烯可形成传导性回路，马里兰州杰瑟普市沃尔贝克材料公司将其应用于反盗窃包装中。>> 优势变成致命缺陷 然而，在数字电子技术领域，石墨烯最突出的优点却成为其最致命的缺点。原则上，石墨烯内部具有极高流动性的电子使其能够以极高的速率处理数据，一些石墨烯器件的数据处理速度已达到400千兆赫，是硅器件的数倍。但由于石墨烯的电子间缺乏带隙，一旦开始传输数据则很难再把它关掉，这严重妨碍了逻辑运算的进行，因为逻辑运算的所有问题都是开与关的问题。 如果将其他材料掺杂进石墨烯，这会降低电子的流动速度。因此，研究者正尝试调和石墨烯的电气性能，例如将石墨烯与其他单层材料相结合，或者以二硫化钼和钨联硒化物为材料制造晶体管。总之，直接利用的难度现在来看是巨大的。
国外某科技公司认为，石墨烯要想代替硅电子的地位，还有很长的路要走。“除非真有强有力的理由，否则没有人会放弃硅。”近期，石墨烯晶体管最大的卖点可能在于它能在多种电压下运转的特点，而不是其开通或者关闭的能力。石墨烯的应用范围包括，用于探测环境污染或者血氧水平的传感器，以及手机内部的信号发送器和接收器。 但是，要想充分掌握石墨烯的属性并将其应用于实际用途中，技术还面临着巨大挑战。大型号石墨烯的制造工艺非常复杂且十分昂贵，经常使得碳原子破裂或撕裂，无法与实验室中完美比例的石墨烯相媲美。即便质量过关，目前既没有先进的工业手段将石墨烯制造得如此之薄，也没有技术将它与其他物质结合从而生产出有用的产品。除此之外，它还有一个最大的弱点：虽然石墨烯中的电子流动性极强，但它的其他属性决定了石墨烯根本不适合开关切换活动，而这是数字电子技术的核心要求。 总结：中国自石墨烯出现至今，其实一直在做着大量的研发和实验工作，理论性的东西虽然不多，但三星之前已经表示，中国当前的石墨烯生产能力已经成为全球的领头羊，中国企业加入全球供过于求的石墨烯市场，中国已在石墨烯的研究与制造方面取得领先优势，从而带动了价格下滑以及造成利润侵蚀，甚至可能导致这一兴起中的产业重新洗牌。 石墨烯的最终走向，不是我们能断言的，纯技术的东西，我们只能来共享和讨论，而对于这种材料你的理解是什么，不妨在评论里说一说.[返回频道首页] |
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2014-05-07 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：yaojia
