石墨烯有什么樣的應(yīng)用？有什么樣的發(fā)展前景

　　碳原子呈六角形網(wǎng)狀鍵合的材料“石墨烯”具有很多出色的電特性、熱特性以及機(jī)械特性。具體來說，具有在室溫下也高達(dá)20萬 cm2 /Vs以上的載流子遷移率，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅的對(duì)大電流密度的耐性。為此，石墨烯有望用于高速晶體管、觸摸面板、太陽能電池用透明導(dǎo)電膜，以及成本低于銅但與銅相比可通過大電流的電線等。另外，在目前可以制作的片狀材料中，石墨烯的厚度最薄、比表面積也較大。而且，還具有超過金剛石的強(qiáng)度、彈性模數(shù)和導(dǎo)熱率。如果沒有缺陷的話，即便是單層石墨烯，也不會(huì)通過大于氦（He）原子的物質(zhì)。這些性質(zhì)可以使石墨烯作為電池的電極材料、散熱膜、MEMS傳感器，或是理想的阻擋膜（Barrier Film）。與其他材料相比，石墨烯還擁有許多極為特殊的性質(zhì)。例如，在室溫下也可呈現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)；可實(shí)現(xiàn)名為“Klein Tunneling”的、透射率為100％的通道效應(yīng)；電阻值為固定值而與距離無關(guān)的“彈道輸運(yùn)”（Ballistic Transport）的有效距離較長(zhǎng)；按照由石墨烯上的自由電子來描述中微子的方程式（韋爾方程，Weyl Equation），石墨烯可以像質(zhì)量為零的粒子一樣運(yùn)動(dòng)；而且，石墨烯具有被稱為“贗自旋（Pseudospin）”和“贗磁場(chǎng)”的、宛如存在電子自旋和磁場(chǎng)的特性；石墨烯還擁有負(fù)折射率，等等。這些特性可以使石墨烯用于超高精度的氣體傳感器和應(yīng)變傳感器等。

　　1、可做“太空電梯”纜線

　　石墨烯不僅可用來開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。研究人員表示，如果這種方法被證明可用以成批制造石墨烯光纖，將能降低超堅(jiān)固炭素復(fù)合材料的成本，炭素復(fù)合材料在航空航天、汽車和建筑等領(lǐng)域具有廣泛的用途。

　　2、代替硅生產(chǎn)電子產(chǎn)品

　　硅讓我們邁入了數(shù)字化時(shí)代，但研究人員仍然渴望找到一些新材料，讓集成電路更小、更快、更便宜。在眾多的備選材料中，石墨烯最引人矚目。石墨烯值得炫耀的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如超高強(qiáng)度、高透光性以及超強(qiáng)導(dǎo)電性，這讓它成為了制造可彎曲顯示設(shè)備和超高速電子器件的理想材料。石墨烯如今已經(jīng)出現(xiàn)在新型晶體管、存儲(chǔ)器和其他器件的原型樣品當(dāng)中。國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）己研制出運(yùn)行速度最快的石墨烯晶體管。lBM公司于2010年12月發(fā)布了其與美國(guó)麻省理工學(xué)院MIT 的共同研究成果——在SiC基板上形成的柵長(zhǎng)為240nm的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET，并驗(yàn)證其截止頻率為230GHz。石墨烯通過熱外理SiC基板而成膜。IBM表示，計(jì)劃將其應(yīng)用于高頻RF元件。 Rice大學(xué)研究人員正在著手研究一類存儲(chǔ)單元密度至少為閃存兩倍的石墨烯片狀存儲(chǔ)器。石墨烯是由沒有卷成納米管的純炭原子薄膜構(gòu)成，此次Rice大學(xué)研究人員首次將石墨烯用于架構(gòu)更簡(jiǎn)單的雙端存儲(chǔ)器件?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，石墨烯還是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料。石墨烯的這種特性尤其適合于。高頻電路是現(xiàn)代電子工業(yè)的領(lǐng)頭羊，一些電子設(shè)各，例如手機(jī)，由于工程師們正在設(shè)法將越來越多的信息填充在信號(hào)中，它們被要求使用越來越高的頻率，然而手機(jī)的工作頻率越高，熱量也越高。于是，高頻的提升便受到很大的限制。由于石墨烯的出現(xiàn)，高頻提升的發(fā)展前景似乎變得無限廣闊了。這使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。