在科技界，每一個新產(chǎn)品或服務(wù)剛問世的時候，都讓人覺得似乎是一種可能改變世界的創(chuàng)新。但是，石墨烯（一種碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料）或許真的能夠改變世界。
加州大學(xué)河濱分校（University of California at Riverside）物理學(xué)教授珍妮?劉告訴《財富》雜志（Fortune）：“石墨烯是一種神奇的材料，它的導(dǎo)熱性比銅好10倍，導(dǎo)電性比硅好100倍。而且，它像塑料一樣透明，質(zhì)量也非常輕、非常結(jié)實，同時又具有良好的彈性和韌性。過去十年里，這種材料讓整個科技界為之神魂顛倒，而且它已經(jīng)成了最有希望取代硅的半導(dǎo)體材料。”
珍妮?劉介紹稱，石墨烯現(xiàn)在已經(jīng)開始在一些領(lǐng)域投入應(yīng)用。比如她指出：“石墨烯同時具有導(dǎo)電和透明兩個特性，由于在自然界中這兩種特性很難同時出現(xiàn)在同一種材料上，因此它具有巨大的應(yīng)用前景，比如用作監(jiān)視器、顯示屏、太陽能電池和觸摸屏的透明電極等。三星（Samsung）這些在這個領(lǐng)域進(jìn)行了大量投入的企業(yè)已經(jīng)注冊了一批專利，還生產(chǎn)了原型產(chǎn)品，并且有望在幾年內(nèi)就能將有關(guān)產(chǎn)品投入市場。”
珍妮?劉還指出，可穿戴電子產(chǎn)品、航空部件、寬頻光電探測器、防幅射服、傳感器和能量存儲等也都是石墨烯眾多熱門研究領(lǐng)域中的一部分。
在許多研究人員和投資者看來，石墨烯的終極應(yīng)用是用來生產(chǎn)晶體管，也就是構(gòu)成當(dāng)代電子設(shè)備的基本部件。但是要達(dá)到這種程度的應(yīng)用可能還需要一些時間。
石墨之子
石墨烯最初是2004年在實驗室里研制出來的，它本質(zhì)上是一層碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的材料。由于它的厚度極其的薄，我們甚至可以把它當(dāng)成是一種二維材料。
曼徹斯特大學(xué)（the University of Manchester）納米材料學(xué)講師亞拉文?維加亞拉哈萬指出：“一般我們把低于10層的石墨烯稱作石墨烯，超出這個厚度的就是石墨了。”
“石墨烯”這個詞本身是也是個涵蓋性的術(shù)語。Graphene Frontiers公司CEO邁克爾?帕特森指出：“簡單地說，石墨烯可以分成兩大類。”一類叫做“納米片石墨烯”，也就是用石墨制成的粉末狀或屑狀物。這種材料問世已經(jīng)有一段時間了，而且“也并不是什么超級新潮的東西。”帕特森介紹說：“要想讓它變得具有導(dǎo)電性，就得把它們與高分子聚合物或油墨、橡膠等物質(zhì)混合。”屑狀的石墨烯已經(jīng)逐漸成為一種商品了。
石墨烯的另一種類型，也就是呈薄膜狀的石墨烯，才是這種材料最大的前景所在。帕特森表示，石墨烯薄膜“在電子工業(yè)有著驚人的應(yīng)用前景。”同時他表示，從近期來看，石墨烯可能將主要應(yīng)用于對數(shù)量要求“不太大”、同時對質(zhì)量和導(dǎo)熱性要求不是特別高的領(lǐng)域，比如用于基本的觸摸屏等應(yīng)用領(lǐng)域。最早應(yīng)用石墨烯的此類產(chǎn)品可能在接下來的6到12個月內(nèi)就會面世。
如果我們把眼光放得再遠(yuǎn)一些，石墨烯可以用作海水淡化的微孔濾膜。洛克希德馬丁公司（Lockheed-Martin）已經(jīng)有了一款名叫Perforene的專利產(chǎn)品。“它是真的，而且它也很有效，但是它在經(jīng)濟(jì)上仍然不是很實惠，除非等到石墨烯達(dá)到工業(yè)量產(chǎn)級別，也就是等到每平方英寸石墨烯的價格以分計算”，而不是現(xiàn)在這樣動輒每平方英寸幾美元甚至幾十美元，帕特森解釋說。“那就是我們現(xiàn)在努力的方向。”
價格高，產(chǎn)量低
但是要想把石墨烯用在號稱“科技界的圣杯”的半導(dǎo)體領(lǐng)域，可能還需要整整十年的努力。
Fenwick&West公司知識產(chǎn)權(quán)法律集團(tuán)專利合伙人保羅?史密斯對《財富》表示：“石墨烯面臨的很多挑戰(zhàn)與大多數(shù)新材料沒什么區(qū)別。首先要解決的問題是怎樣合成超過實驗室級別的石墨烯，其次是保持這種材料的期望特性，第三是把它整合到一款具體的產(chǎn)品或者技術(shù)中。”
合成薄膜石墨烯所需要的成本和時間要顯著高于生產(chǎn)屑狀石墨烯。后者通常是通過一個“又快又臟”的程序，把塊狀石墨分解成幾百萬個小片，而大片的石墨烯薄膜則是小心地“種”在銅、鍺或金剛砂材質(zhì)的基板上。
薄膜狀石墨烯的產(chǎn)量也非常有限。默騰斯說：“現(xiàn)在有幾千家小公司都可以生產(chǎn)石墨烯，但是價格非常昂貴，而且產(chǎn)量很低。”他還指出，一片直徑1英寸的石墨烯圓片的價格就高達(dá)100美元左右。
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