石墨烯的時代,還沒有到來?

前不久,任正非在接受媒體採訪時聲稱,未來10至20年內會爆發一場技術革命,“我認為這個時代將來最大的顛覆,是石墨烯時代顛覆硅時代”,“現在芯片有極限寬度,硅的極限是七納米,已經臨近邊界了,石墨是技術革命前沿”。這裡提到的石墨烯,究竟是何方神聖?它真的能帶來顛覆嗎?

石墨烯的時代,還沒有到來?

石墨烯——一種只有一個原子厚的二維碳膜——的確是種令人驚訝的材料。雖然名字裡帶有石墨二字,但它既不依賴石墨儲量也完全不是石墨的特性:石墨烯導電性強、可彎折、機械強度好,看起來頗有未來神奇材料的風範。如果再把它的潛在用途開個清單——保護塗層,透明可彎折電子元件,超大容量電容器,等等——那簡直是改變世界的發明。連2010年諾貝爾物理學獎都授予了它呢!

但它誕生至今都十年了,我的透明手機在哪呢?

其實就在2012年,因石墨烯而獲得諾貝爾獎的康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和他的同事曾經在《自然》上發表文章討論石墨烯的未來,兩年來的發展也基本證明了他們的預測。他認為作為一種材料,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”,雖然將來它也許能發揮重大作用,但是在克服幾個重大困難之前,這一場景還不會到來。更重要的是,考慮到產業更新的巨大成本,石墨烯的好處可能不足以讓它簡單地取代現有的設備——它的真正前景,或許在於為它的獨到特性量身定做的全新應用場合。

石墨烯到底是什麼?

石墨烯是人們發現的第一種由單層原子構成的材料。碳原子之間相互連接成六角網格。鉛筆裡用的石墨就相當於無數層石墨烯疊在一起,而碳納米管就是石墨烯捲成了筒狀。

石墨烯的時代,還沒有到來?

由於碳原子之間化學鍵的特性,石墨烯很頑強:可以彎曲到很大角度而不斷裂,還能抵抗很高的壓力。而因為只有一層原子,電子的運動被限制在一個平面上,為它帶來了全新的電學屬性。石墨烯在可見光下透明,但不透氣。這些特徵使得它非常適合作為保護層和透明電子產品的原料。

但是適合歸適合,真的做出來還沒那麼快。

問題之一:製備方式。

許多項研究向我們展示了石墨烯的驚人特徵,但有一個陷阱。這些美妙的特性對樣品質量要求非常高。要想獲得電學和機械性能都最佳的石墨烯樣品,需要最費時費力費錢的手段:機械剝離法——用膠帶粘到石墨上,手工把石墨烯剝下來。

別笑,2004年諾沃肖洛夫他們就是這麼製備出石墨烯的。

石墨烯的時代,還沒有到來?


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