《電子技術(shù)應(yīng)用》
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石墨烯應(yīng)用多元 可望掀移動(dòng)產(chǎn)業(yè)革新

2015-05-15

  科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)專家認(rèn)為,,石墨烯具顛覆整個(gè)移動(dòng)市場(chǎng)的潛能,應(yīng)用多元。未來(lái)可望出現(xiàn)可彎曲,、透明的電腦熒幕,用低成本石墨烯薄膜淡化海水,,制造低成本,、高效能太陽(yáng)能板,或研發(fā)出數(shù)分鐘內(nèi)充飽電的高效能輕薄電池等,。不過(guò)專家也提醒,,石墨烯技術(shù)仍在初步研發(fā)階段,許多相關(guān)技術(shù)還不能商業(yè)化量產(chǎn)使用,。

  石墨烯專家Roni Peleg指出,,石墨烯(graphene)是蜂窩晶格的二維(2D)碳原子,厚度僅1個(gè)碳原子,,硬度卻是鋼鐵的200倍,,導(dǎo)電性也是矽的100倍,是目前所知最佳導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料,,且具卓越光學(xué)屬性,。

  石墨烯目前價(jià)位偏高,不過(guò)生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)后,,未來(lái)預(yù)計(jì)生產(chǎn)成本可降低,,因其原料是自然界中廣泛存在的碳原子。

  石墨烯未來(lái)可望大幅應(yīng)用至移動(dòng)裝置,。高效能的石墨烯電池可在幾分鐘內(nèi)充飽電,,并比傳統(tǒng)鋰離子電池更持久。此外,,石墨烯也可用于制作移動(dòng)裝置的復(fù)合體材料,,降低裝置體積并減輕其重量,又能用于制造有彈性,、透明的觸控式熒幕,,甚至做出超越矽芯片速度的極小芯片。

  石墨烯亦可望掀起電池產(chǎn)業(yè)革命,。2015年稍早,,美國(guó)科技公司XG Sciences展示新一代矽石墨烯陽(yáng)極材料制成的鋰離子電池。這款新型電池的電容量是一般電池的4倍,第一次循環(huán)效能可達(dá)85~90%,,且電池壽命是上一代電池的2倍,。

  諾基亞(Nokia)也投入石墨烯電池研究,其專利自動(dòng)充電石墨烯基光子電池,,可印刷在軟性基板(flexible substrates)上,,而且在放電后,能立即用濕空氣自動(dòng)充電,。美國(guó)Graphene 3D Lab甚至提出3D列印石墨烯電池的概念,,可根據(jù)移動(dòng)裝置外型客制化電池的外觀與大小。不過(guò),,石墨烯電池仍在實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段,,保守估計(jì)至少2年內(nèi)不會(huì)量產(chǎn)上市。

  西班牙Graphenea公司研究發(fā)現(xiàn),,于氧化鋁陶瓷加入石墨烯,,可減少斷裂機(jī)率50%,,提升導(dǎo)電性至1億倍,。Graphenea認(rèn)為,此方法也可應(yīng)用在碳化矽(silicon carbide),、氮化矽(silicon nitride),、二氧化鈦(titania)、以及二氧化鋯(zirconia)等材質(zhì)上,。

  明尼蘇達(dá)大學(xué)(University of Minnesota)與夏威夷公司Adama Materials共同研究出一種耐久的石墨烯塑膠聚合物,,研究者表示,在塑膠內(nèi)加入微量石墨烯,,便可增強(qiáng)塑膠硬度2.5倍,。目前在運(yùn)動(dòng)用品中已可見到石墨烯材質(zhì)應(yīng)用,像是輕薄卻硬度高的滑雪器具,、腳踏車輪胎,、安全帽等等,Peleg認(rèn)為,,石墨烯技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)裝置材質(zhì)只是遲早的事情,。

  此外,目前市面上觸控式熒幕多采銦錫氧化物(ITO)為主的透明導(dǎo)電體技術(shù),。不過(guò),,ITO不適用于彈性顯示介面且價(jià)格昂貴,而石墨烯便是目前最有潛力的應(yīng)用技術(shù),。

  相較于銀材質(zhì),,石墨烯的光學(xué)特質(zhì)更適合顯示技術(shù)。大陸輝銳科技正在研發(fā)石墨烯觸控式變形熒幕,用于移動(dòng)裝置,。輝銳科技表示,,石墨烯比ITO更便宜、更強(qiáng)韌,,公司預(yù)計(jì)未來(lái)3年將投資1.5億美元發(fā)展此技術(shù),。

  大陸重慶墨希科技,,也正打造15吋單層石墨烯薄膜的生產(chǎn)線,,預(yù)計(jì)很快進(jìn)入量產(chǎn)階段,目前也和東莞正揚(yáng)電子機(jī)械有限公司簽約,,計(jì)劃未來(lái)5年每年將生產(chǎn)1,000萬(wàn)個(gè)石墨烯透明導(dǎo)電膜(transparent conducting films,;TCF),作為移動(dòng)裝置的觸控式熒幕材料,。

  Peleg指出,,石墨烯有潛力取代矽,成為下一代芯片與電子產(chǎn)品的原料,。石墨烯體積微小且具極佳導(dǎo)電性,,石墨烯芯片的處理速度較矽芯片快上許多,且效能更佳,。

  不過(guò),,石墨烯芯片技術(shù)目前仍在起步階段,距量產(chǎn)仍有一段距離,。英特爾正著手石墨烯電晶體,,而報(bào)告指出離技術(shù)成熟階段仍有多年。IBM則預(yù)計(jì)在接下來(lái)5年,,投注30億美元研發(fā)下一代芯片,,希望找到取代矽材質(zhì)的技術(shù)解決方案。


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