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背景:石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,其电阻率只约10-8 Ω·m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池

  石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直至2004年,两位出色的物理学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,随着科学水平的进一步发展,人们发现,将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。

  近日华为总裁任正非也公开为石墨烯点赞,据他透露,未来10~20年内会爆发一场技术革命,这个时代将来最大的颠覆事件,是石墨烯时代取代硅时代。由于现在芯片有极限宽度,硅的极限是七纳米,已经临近边界,而石墨已经开始触及技术革命前沿。

  我们再来回头看看石墨烯这个“美丽”的东西,石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。碳原子之间相互连接成六角网格。而这种六角网格是最稳定的碳原子存在形式。

  石墨烯很顽强:可以弯曲到很大角度而不断裂,还能抵抗很高的压力。而因为只有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,为它带来了全新的电学属性。电流可以极快的通过这层简单而又稳定的原子结构,从而完成电流的瞬间汇集,此外,由于石墨烯本身的电阻率极低,本身就会使电子流通量增大(类似于超导体)。

  凭借着以上出色的导电,导热能力以及恐怖的电流瞬间爆发力,石墨烯如果可以量产,将彻底改变许多现有产业的布局,首先在芯片产业,石墨烯将成为新的晶片,在石墨烯上克制集成电路,将极大程度上提高芯片的性能。在2010的时候,IBM公司托马斯·沃森研究中心科学家林育明领导的团队展示了首块基于石墨烯的晶体管,其能在100G赫兹的频率上运行。随后在2014年,他们展示了一个完整的集成电路,这块集成电路是一个宽频无线电频率混频器——无线电收音机的关键组件,该集成电路通过找出两个输入频率的和与差来输出新的无线电信号。科学家们表示最新的石墨烯集成电路混频最多可达10G赫兹,而且其可以承受125摄氏度的高温。IBM的研发人员通过制造了由3个晶体管、4个电感器、2个电容器和2个电阻组成的石墨烯射频接收器,帮助这块芯片的性能提升到了极致。

  此外,在新型电池方面,石墨烯也开始崭露头角,西班牙一家石墨烯生产公司同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池,其储电量是目前市场最好产品的三倍,用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里,而其充电时间不到8分钟。虽然此电池具有各种优良的性能,但其成本并不高。完全在消费者承受范围之内。

  试想一下,如果未来20年中石墨烯应用到了军事通讯领域,那么会是一番什么样的情形,由于对于电流的迅速聚集能力,不管是导弹、还是卫星雷达的运行效率都会提升到新的档次,如果有一个国家率先将这种产品运用到国防中,那将会和现在的核武器一样拥有恐怖的威慑力。

  当然,石墨烯的提取还是需要很高成本的,我们之前所熟悉的石墨烯提取方法(微机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法)都无法实现大规模大批量的提取,也许在未来的某项化学研发成果中,会实现加入某种试剂即可实现对石墨烯的提取,然而现在看来,这仍然是一项极具挑战性的任务、

  如果有一天石墨烯真的能够实现量产,那将是一次科技界的革命。
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