新一代电子元件的基础材料——石墨烯


      说石墨烯是目前新材料领域最热门的研究方向,应该没人会反对。它是新一代电子元件的基础材料,博泰小编带大家了解关于石墨烯的相关信息。

一、石墨烯的结构

      结构的特殊性是石墨烯拥有众多良好物理和化学特性的重要原因。它跟碳纤维、钻石、石墨一样,都是由碳原子组成,区别在于它是由六个碳原子组成,键与键的夹角为120度,形状与苯环类似,每一层看起来跟蜂窝一样。这种单层碳原子网就是我们说的单层石墨烯,厚度就是一个碳原子的直径,所以也被我们称为“二维结构”。它是目前已知的最薄、最轻、最强韧的材料,几乎完全透光,导电、导热性能优异。

      它的发现纯属偶然,是英国物理学家安德烈盖姆教授用透明胶反复粘贴一块石墨,最终得到厚度只有0.335纳米的碳原子结构,最终发现的石墨烯,他也因为发现了石墨烯材料获得了2010年的诺贝尔物理学奖。当然,石墨烯有单层、双层、多层,层数越少,石墨烯的特性越明显,用处也就越大,当然也越难量产。

二、商业应用与前沿动态

       由于目前石墨烯的制造,尤其是达能石墨烯的制造成本仍然很高,仍然无法做到大规模使用,但是也已经有了一些成功的商业运用场景。近期,石墨烯已经在电池和复合材料领域摩拳擦掌,网上有新闻称实验室已经成功做出可以几秒钟完成手机充电、几分钟完成电动车充电的石墨烯电池。

      但是,因为石墨烯具有极好的导导电导热物理特性,未来一定会在半导体材料和电子超导领域大放异彩!大家熟悉的摩尔定律已经被验证,商用芯片晶体管已经做到了十几纳米,使用硅材料,最小已经可以做到8纳米左右,像高通2019年的旗舰845芯片,则采用了10纳米制程。

       如果下一步还要提高晶体管的密度,就需要一种新的材料,让晶体管的尺寸更小。而石墨烯则已被证实可以作为作为新材料,根据模板压制成仅有几纳米的石墨烯纳米带,放入到晶体管,作为新一代电子元件的基础材料。目前石墨烯还未看到大规模商业应用的案例,但石墨烯在柔性显示、可穿戴设备、医疗设备、新型传导设备等多个领域已有多个成功应用研究。根据预测,石墨烯的大规模商用还需要3-5年时间,在这期间,石墨烯的大规模生产工艺、应用场景开发等都还是一片蓝海,值得期待。


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