搜狐首页 科技 王子大人

手机搜狐

SOHU.COM

石墨烯的时代,还没有到来

前不久,任正非在接受媒体采访时声称,未来10至20年内会爆发一场技术革命,“我认为这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代”,“现在芯片有极限宽度,硅的极限是七纳米,已经临近边界了,石墨是技术革命前沿”。这里提到的石墨烯,究竟是何方神圣?它真的能带来颠覆吗?

扫描电镜下的石墨烯,显示出其碳原子组成的六边形结构。图片来源:Lawrence Berkley National Laboratory

石墨烯——一种只有一个原子厚的二维碳膜——的确是种令人惊讶的材料。虽然名字里带有石墨二字,但它既不依赖石墨储量也完全不是石墨的特性:石墨烯导电性强、可弯折、机械强度好,看起来颇有未来神奇材料的风范。如果再把它的潜在用途开个清单——保护涂层,透明可弯折电子元件,超大容量电容器,等等——那简直是改变世界的发明。连2010年诺贝尔物理学奖都授予了它呢!

但它诞生至今都十年了,我的透明手机在哪呢?

其实就在2012年,因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和他的同事曾经在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来,两年来的发展也基本证明了他们的预测。他认为作为一种材料,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”,虽然将来它也许能发挥重大作用,但是在克服几个重大困难之前,这一场景还不会到来。更重要的是,考虑到产业更新的巨大成本,石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备——它的真正前景,或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。

石墨烯到底是什么?

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。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起,而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。

石墨、石墨烯、碳纳米管和球烯之间的关系。图片来源:enago.com

由于碳原子之间化学键的特性,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。石墨烯在可见光下透明,但不透气。这些特征使得它非常适合作为保护层和透明电子产品的原料。

但是适合归适合,真的做出来还没那么快。

问题之一:制备方式。

许多项研究向我们展示了石墨烯的惊人特征,但有一个陷阱。这些美妙的特性对样品质量要求非常高。要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品,需要最费时费力费钱的手段:机械剥离法——用胶带粘到石墨上,手工把石墨烯剥下来。

精选