石墨烯的未來(lái)

自2003年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯無(wú)疑讓每個(gè)人都對(duì)未來(lái)感到興奮。

安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·諾沃塞洛夫(Konstantin Novoselov)對(duì)石墨烯的研究引發(fā)了一場(chǎng)研究熱潮，并為他們贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。

石墨烯暗示了一個(gè)超越硅的電子世界，擺脫了摩爾定律的束縛，并傳播了關(guān)于室溫量子現(xiàn)象的誘人謠言。既然我們已經(jīng)對(duì)它的潛力有了一定的了解，那么在未來(lái)10年，我們能從這種神奇的材料中期待什么呢?

劍橋大學(xué)納米材料和光譜學(xué)小組的負(fù)責(zé)人安德里亞·法拉利博士可能是最有資格進(jìn)行推測(cè)的人之一。他負(fù)責(zé)為一個(gè)材料科學(xué)研究項(xiàng)目爭(zhēng)取10億歐元的資金，與歐洲核子研究中心(Cern)競(jìng)爭(zhēng)。

法拉利以一種謹(jǐn)慎的語(yǔ)氣開(kāi)始了我們的談話。盡管石墨烯對(duì)電子工業(yè)大有希望，但離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，盡管IBM最近取得了一些突破。即便如此，這種材料的應(yīng)用范圍也是驚人的。

在你擁有石墨烯CPU之前，你將擁有石墨烯觸摸屏，法拉利說(shuō)。

“石墨烯具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能。它是透明的導(dǎo)體，但不脆。沒(méi)有別的辦法做到這一點(diǎn)。所以這就是石墨烯最接近應(yīng)用的地方。”他說(shuō)。他強(qiáng)調(diào)三星和德州儀器是兩家離商業(yè)化生產(chǎn)特別遙遠(yuǎn)的公司。

正如我們之前發(fā)現(xiàn)的，石墨烯沒(méi)有帶隙。雖然一個(gè)小的間隙可以相對(duì)容易地誘導(dǎo)出來(lái)，但這對(duì)于作為邏輯開(kāi)關(guān)的晶體管來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

劍橋大學(xué)的安德里亞·法拉利博士正在為一個(gè)材料科學(xué)研究項(xiàng)目申請(qǐng)資助。圖片來(lái)源:劍橋大學(xué)

法拉利對(duì)英國(guó)ZDNet表示:“我們非常期待這一點(diǎn)?！薄盎蛟S10到20年后，石墨烯將取代硅在這些晶體管中的地位?！彼f(shuō)，目前，在石墨烯中誘導(dǎo)可操作的帶隙所需的操作方式，會(huì)使其其他特性變得不那么顯著。他補(bǔ)充道:“當(dāng)你應(yīng)該集中精力開(kāi)發(fā)它所能做的事情時(shí)，擁有如此特殊的材料，卻試圖強(qiáng)迫它成為別的東西，這是愚蠢的。”

例如，嘗試自旋傳輸。法拉利渴望在這個(gè)領(lǐng)域看到更多的研究。石墨烯具有很長(zhǎng)的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度，即使在室溫下也是如此，這使得它成為一個(gè)有趣的自旋電子學(xué)候選材料?！霸僬f(shuō)一遍，這不需要帶隙，所以我們不會(huì)讓石墨烯表現(xiàn)得像其他東西，”他說(shuō)。

法拉利也希望能獲得資金來(lái)開(kāi)發(fā)石墨烯傳感器?！拔覀兛梢宰屗兊糜制接执?，它是平面的，所以至少有一個(gè)面，也可能有兩個(gè)面可以暴露在環(huán)境中。它可以作為一個(gè)應(yīng)變傳感器-當(dāng)你拉它，它的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)改變，”他說(shuō)。潛在地，這可以被合并到一個(gè)結(jié)構(gòu)中;例如，我們可以有自我監(jiān)測(cè)的飛機(jī)機(jī)翼，讓飛行員知道他們的應(yīng)變狀態(tài)。

石墨烯在DNA測(cè)序方面也有巨大的潛力。想象一下，一層石墨烯上有一個(gè)小缺口，大到足以讓一條DNA鏈通過(guò)，就像穿衣服的線一樣。當(dāng)DNA穿過(guò)石墨烯薄片時(shí)，暴露在每個(gè)堿基對(duì)下，石墨烯的電學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)樗?D的，它可以一次“讀取”一個(gè)基底，這使得它比現(xiàn)在使用的任何東西都要精確得多。

它的透明度和缺少帶隙也使它成為太陽(yáng)能電池的理想材料?！澳憧梢愿鼡Q接口和內(nèi)部來(lái)改善入射光產(chǎn)生的電子。電子的線性分散意味著石墨烯可以吸收太陽(yáng)光譜中所有的光，而硅只能吸收特定頻率的光。

最后，石墨烯可以作為一種成分發(fā)揮作用?！笆┑乃谢瘜W(xué)衍生物都是有用的，”法拉利補(bǔ)充道?！胺?、氧化石墨烯、氫化石墨烯……你可以溶解石墨烯，其溶液可能應(yīng)用于可打印的電子產(chǎn)品。你現(xiàn)在能放下的東西已經(jīng)比目前的水平好10倍了?！?/p>

讓我們不要忘記石墨烯在法拉利項(xiàng)目的主要IT重點(diǎn)之外也有應(yīng)用。目前，石油工業(yè)正在使用它作為鉆井液的添加劑。

所以問(wèn)題不在于石墨烯會(huì)影響什么，而在于它不會(huì)影響什么。我們懷疑這個(gè)名單要短得多。