技術(shù)新知：硅的“終結(jié)者”，石墨烯是神奇材料嗎？ - 全文

　　石墨烯原子結(jié)構(gòu)圖

　　新視野

　　自問世起，石墨烯就被當(dāng)作21世紀(jì)的“神奇材料”，在科學(xué)界掀起巨大的波瀾。其非比尋常的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性等等屬性引無數(shù)科學(xué)家“競折腰”，有人認(rèn)為石墨烯將是昂貴的硅的“終結(jié)者”并對此歡呼不已。盡管如此，仍然有科學(xué)家在種種紛亂的喧囂中保持冷靜態(tài)度。據(jù)英國廣播公司（BBC）近日報(bào)道，IBM公司的科學(xué)家就認(rèn)為，石墨烯不太可能替代硅，因?yàn)樗鼪]有能帶隙，沒有晶體管所需的開和關(guān)狀態(tài)。他們認(rèn)為，目前最需要的是實(shí)事求是地進(jìn)行研究。

　　用途廣泛“可與塑料相媲美”

　　盡管研究石墨烯的先驅(qū)直到去年才摘得諾貝爾獎的桂冠，但在此之前，石墨烯已被業(yè)內(nèi)人士吹捧為“下一個(gè)偉大的事物”。很多人認(rèn)為，它將是硅的“終結(jié)者”，并將改變計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備的命運(yùn)。

　　科學(xué)家們認(rèn)為，它是迄今為止最薄（300萬片石墨烯疊加在一起才不過1毫米厚）、最堅(jiān)固的材料，也是人們所知的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的材料，其擁有超凡的堅(jiān)硬度、柔韌度、透明度和導(dǎo)電性，可以廣泛應(yīng)用于觸摸屏、太陽能電池、復(fù)合材料（如現(xiàn)在廣泛使用的碳纖維）等各種物品的制造中。

　　早在1947年，就有科學(xué)家從理論上提出石墨烯可能存在，但大部分科學(xué)家們都認(rèn)為石墨烯不可能在現(xiàn)實(shí)自然界中獲得。

　　石墨烯首次在實(shí)驗(yàn)室中“現(xiàn)身”是在2004年。當(dāng)時(shí)，英國兩位科學(xué)家安德烈杰姆和克斯特亞諾沃塞洛夫發(fā)現(xiàn)，他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面黏在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。

　　這兩位科學(xué)家也因此獲得了2010年的諾貝爾獎。此后，制備石墨烯的新方法層出不窮，關(guān)于石墨烯的“神奇”性質(zhì)不斷見諸報(bào)端。安德烈杰姆表示：“石墨烯并不僅僅只有一種用途，它甚至并不只是一種材料，它的種類繁多，其用途之廣泛可與塑料相媲美?！?/p>

　　有鑒于此，越來越多的科學(xué)家為石墨烯“競折腰”。目前，大約有200家企業(yè)和新興公司正在著力研究石墨烯。2010年，關(guān)于石墨烯的論文多達(dá)3000多篇。對整個(gè)產(chǎn)業(yè)和廣大消費(fèi)者來說，這些都不啻為福音，因?yàn)槿绻@些研究獲得成功，未來，人們將可以得到更多運(yùn)行速度越來越快、制造成本越來越低、“身材”越來越纖細(xì)嬌小、柔韌程度越來越好的電子設(shè)備和其他設(shè)備。

　　萊斯大學(xué)的科學(xué)家詹姆斯圖爾表示：“從理論上來講，未來人們能夠卷起iPhone手機(jī)，將其像鉛筆一樣別在腦后?！?/p>

　　如果石墨烯能像現(xiàn)在的塑料一樣“飛入尋常百姓家”，那么從包裝紙到衣服在內(nèi)的任何物品將都可以被數(shù)字化。未來，人們會發(fā)現(xiàn)，信用卡的數(shù)據(jù)處理能力將與目前的智能手機(jī)一樣高。

　　瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的教授賈瑞卡拉瑞特表示：“石墨烯將廣泛出現(xiàn)在透明電子元件、柔性電子設(shè)備以及運(yùn)行速度更快的電子設(shè)備上?！背嗽跀?shù)字領(lǐng)域大展拳腳之外，也可以將單層石墨烯固體粉末添加到輪胎上，使其更加堅(jiān)硬。

　　無限的發(fā)展速度

　　韓國三星公司是石墨烯領(lǐng)域的最大投資者，該公司和韓國成均館大學(xué)攜手進(jìn)行石墨烯技術(shù)的研發(fā)工作。2010年7月份，據(jù)美國麻省理工學(xué)院《技術(shù)評論》雜志報(bào)道，三星科學(xué)家首次制造出了由多層石墨烯和玻璃纖維聚酯片基底組成的25英寸的柔性透明觸摸屏。

　　杰姆表示：“三星公司認(rèn)為，未來五年內(nèi)，將會有數(shù)十款用石墨烯制成的產(chǎn)品出現(xiàn)在商業(yè)市場上?！?/p>

　　諾貝爾授獎委員會表示，一塊一平方米的石墨烯吊床可以支撐4公斤重的貓，該吊床的重量僅為0.77毫克，不足貓的腮須重，人肉眼根本看不到。

　　IBM和諾基亞等公司也不甘落后，全力前進(jìn)。2010年，IBM公司宣布，其制造出了截止頻率為150G赫茲的晶體管，其運(yùn)行速度大大超過現(xiàn)在速度最快晶體管設(shè)備（40G赫茲）。由于截止頻率較高，新晶體管能被整合入手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)等通訊應(yīng)用中。更重要的是，利用現(xiàn)有硅組件制作技術(shù)即可生產(chǎn)該款晶體管，也就是說，其商業(yè)化產(chǎn)品的問世指日可待。

　　來自美國IBM研究總部的研究員林育民（音譯）表示：“說到晶體管的速度，我們現(xiàn)在還不知道其最終極限是多少？盡管我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些亟待解決的問題，但我們并不認(rèn)為這是石墨烯自身的屬性所造成?！痹跉W洲，一支研究石墨烯的團(tuán)隊(duì)獲得了歐盟為期10年高達(dá)10億歐元的資助。

　　或許無法取代硅

　　盡管科學(xué)家們?nèi)〉玫倪M(jìn)步層出不窮，投資和關(guān)注與日俱增，但很多研究人員仍然對石墨烯的發(fā)展持謹(jǐn)慎態(tài)度。他們認(rèn)為，石墨烯并非“無所不能”，它可能無法承載人們對其寄予的諸多厚望。

　　很多研究現(xiàn)在止步于實(shí)驗(yàn)室中，沒有投入商業(yè)化的生產(chǎn)；而且，很少有活生生的例子能證明石墨烯可以取代其他材料。

　　IBM納米級科學(xué)研究部經(jīng)理費(fèi)登艾文里斯表示：“我認(rèn)為，石墨烯很難替代硅。石墨烯沒有能帶隙，這意味著石墨烯并不擁有晶體管所具有的開或關(guān)功能，它無法停止導(dǎo)電或?qū)?，這就使其無法循環(huán)使用。石墨烯和硅應(yīng)該術(shù)業(yè)有專攻，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域?！?/p>

　　另外也有很多知名學(xué)者認(rèn)為，石墨烯取代硅的道路還很漫長。安德烈杰姆說：“這是一個(gè)夢想，這幅美好的愿景好似海市蜃樓，我們甚至無法判斷這種愿景是否正確?！?/p>

　　科學(xué)家們現(xiàn)在面對的問題是，他們只是在很小的規(guī)模上證明了這些“神奇”的屬性。林育民說：“人們提出的石墨烯的神奇能力甚至可能無法應(yīng)用在微觀樣本上，我們還是要對科學(xué)家們提出的各種假設(shè)和設(shè)想認(rèn)真分析。我們現(xiàn)在認(rèn)識到了石墨烯的一些限制，并且正在努力做一些事情對其進(jìn)行完善?！?/p>

　　林育民最后強(qiáng)調(diào)說：“我們并沒有將取代硅作為最終目標(biāo)，我們正在為石墨烯尋找最適合其發(fā)揮潛能的應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

　　IBM公司的艾文里斯表示：“如果石墨烯能夠取代硅，我們將是最高興的人。但是，最重要的是，研究人員要保持清醒客觀，不要夸大其詞。”