石墨烯VS矽:挑戰半導體材料的下一代統治者
發布時間:2011-09-05 來源:IC購商城
新聞事件:
據《自然•通訊》雜誌報道,石墨烯的研究獲得新進展,讓石墨烯與金屬納米結構結合可將石墨烯的聚光能力提高20倍,改進後的石墨烯設備有望在未來的高速光子通訊中用作光敏器,一舉讓互聯網的速度提高幾十倍。
現在,很多科學家都開始認為,石墨烯將廣泛應用於超級計算機、觸摸屏和光子傳感器等多個領域。,從而取代矽成為未來的電子元件材料。
石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,隻有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅硬的材料,其導電、導熱性能超強,遠遠超過矽和其他傳統的半導體材料。
科學家早在1974年就從理論上提出石墨烯可能存在,但在此後很長時間裏,製取石墨烯的努力一直沒有成功。2004年,海姆和諾沃肖洛夫用普通膠帶從石墨 上剝離出石墨片,並重複操作,石墨片越來越薄,最終得到單層石墨片,即石墨烯。2010年,他們因此獲得諾貝爾物理學獎。
而近年來,石墨烯的應用發展也很迅猛。
2011年4月份,IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管,該產品每秒能執行1550億個循環操作,比之前的試驗用晶體管快50%。
2011年6月(yue)份(fen),據(ju)美(mei)國(guo)媒(mei)體(ti)報(bao)道(dao),美(mei)國(guo)華(hua)裔(yi)科(ke)學(xue)家(jia)使(shi)用(yong)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)石(shi)墨(mo)烯(xi)最(zui)新(xin)研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)一(yi)款(kuan)調(tiao)製(zhi)器(qi)。這(zhe)個(ge)隻(zhi)有(you)頭(tou)發(fa)絲(si)四(si)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)細(xi)的(de)光(guang)學(xue)調(tiao)製(zhi)器(qi)具(ju)備(bei)的(de)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)能(neng)力(li),有(you)望(wang)將(jiang)互(hu)聯(lian)網(wang)速(su)度(du)提(ti)高(gao)一(yi)萬(wan)倍(bei),一(yi)秒(miao)鍾(zhong)內(nei)下(xia)載(zai)一(yi)部(bu)高(gao)清(qing)電(dian)影(ying)指(zhi)日(ri)可(ke)待(dai)。
但是,其設備在實用過程中一直遭遇聚光效率低下這一瓶頸,石墨烯隻能吸收照射於其上的3%的光線來產生電力,其餘光線全成了“漏網之魚”。
現(xian)在(zai),科(ke)學(xue)家(jia)通(tong)過(guo)將(jiang)石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)納(na)米(mi)金(jin)屬(shu)結(jie)構(gou)耦(ou)合(he)在(zai)一(yi)起(qi),並(bing)將(jiang)金(jin)屬(shu)結(jie)構(gou)采(cai)用(yong)特(te)殊(shu)的(de)排(pai)列(lie)方(fang)法(fa)置(zhi)於(yu)石(shi)墨(mo)烯(xi)上(shang)解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。這(zhe)種(zhong)所(suo)謂(wei)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)顯(xian)著(zhu)增(zeng)強(qiang)了(le)能(neng)被(bei)石(shi)墨(mo)烯(xi)感(gan)應(ying)的(de)光(guang)電(dian)場(chang),並(bing)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)將(jiang)光(guang)集(ji)中(zhong)在(zai)石(shi)墨(mo)烯(xi)上(shang),將(jiang)石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)聚(ju)光(guang)性(xing)能(neng)提(ti)高(gao)了(le)20倍,而且其數據處理速度沒有受到絲毫影響。
迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi),石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)一(yi)直(zhi)集(ji)中(zhong)於(yu)基(ji)礎(chu)物(wu)理(li)學(xue)和(he)電(dian)子(zi)學(xue)。而(er)這(zhe)項(xiang)最(zui)新(xin)的(de)技(ji)術(shu)將(jiang)使(shi)得(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)光(guang)子(zi)學(xue)和(he)光(guang)電(dian)子(zi)學(xue)領(ling)域(yu)也(ye)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li),可(ke)用(yong)於(yu)製(zhi)造(zao)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)和(he)光(guang)敏(min)器(qi)等(deng)多(duo)種(zhong)有(you)用(yong)設(she)備(bei)。
目前,石墨烯在電子行業的應用中研發的方向主要有四個領域,包括:
1、石墨烯可替代晶矽應用在將芯片領域,將芯片速度提高到THZ級別。
2、石墨烯製成的鋰離子電池負極材料能夠大幅提高電池性能。
3、石墨烯製成的超級電容器,充電時間隻需1毫秒。
4、石墨烯可以替代ITO作為導電材料製成顯示器件。
可惜的是,就目前看來,石墨烯規模化供應和需求至少需要8-10年(nian)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)產(chan)業(ye)化(hua)。因(yin)為(wei)現(xian)在(zai)行(xing)業(ye)仍(reng)在(zai)量(liang)產(chan)摸(mo)索(suo)階(jie)段(duan),也(ye)沒(mei)有(you)形(xing)成(cheng)下(xia)遊(you)的(de)應(ying)用(yong)和(he)需(xu)求(qiu)。而(er)且(qie)國(guo)內(nei)從(cong)事(shi)石(shi)墨(mo)烯(xi)研(yan)究(jiu)的(de)機(ji)構(gou)主(zhu)要(yao)為(wei)各(ge)大(da)科(ke)研(yan)院(yuan)校(xiao)及(ji)一(yi)些(xie)石(shi)墨(mo)產(chan)品(pin)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye),隻能小量生產石墨烯樣品,並沒有規模化生產的能力。
但是作為新材料的王者,石墨烯無疑對矽構成了強烈的威脅。
- 石墨烯可與金屬納米結構結合
- 讓互聯網的速度提高幾十倍
據《自然•通訊》雜誌報道,石墨烯的研究獲得新進展,讓石墨烯與金屬納米結構結合可將石墨烯的聚光能力提高20倍,改進後的石墨烯設備有望在未來的高速光子通訊中用作光敏器,一舉讓互聯網的速度提高幾十倍。
現在,很多科學家都開始認為,石墨烯將廣泛應用於超級計算機、觸摸屏和光子傳感器等多個領域。,從而取代矽成為未來的電子元件材料。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維晶體,隻有一層碳原子的厚度,是迄今最薄也最堅硬的材料,其導電、導熱性能超強,遠遠超過矽和其他傳統的半導體材料。
科學家早在1974年就從理論上提出石墨烯可能存在,但在此後很長時間裏,製取石墨烯的努力一直沒有成功。2004年,海姆和諾沃肖洛夫用普通膠帶從石墨 上剝離出石墨片,並重複操作,石墨片越來越薄,最終得到單層石墨片,即石墨烯。2010年,他們因此獲得諾貝爾物理學獎。
而近年來,石墨烯的應用發展也很迅猛。
2011年4月份,IBM向媒體展示了其最快的石墨烯晶體管,該產品每秒能執行1550億個循環操作,比之前的試驗用晶體管快50%。
2011年6月(yue)份(fen),據(ju)美(mei)國(guo)媒(mei)體(ti)報(bao)道(dao),美(mei)國(guo)華(hua)裔(yi)科(ke)學(xue)家(jia)使(shi)用(yong)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)石(shi)墨(mo)烯(xi)最(zui)新(xin)研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)一(yi)款(kuan)調(tiao)製(zhi)器(qi)。這(zhe)個(ge)隻(zhi)有(you)頭(tou)發(fa)絲(si)四(si)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)細(xi)的(de)光(guang)學(xue)調(tiao)製(zhi)器(qi)具(ju)備(bei)的(de)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)能(neng)力(li),有(you)望(wang)將(jiang)互(hu)聯(lian)網(wang)速(su)度(du)提(ti)高(gao)一(yi)萬(wan)倍(bei),一(yi)秒(miao)鍾(zhong)內(nei)下(xia)載(zai)一(yi)部(bu)高(gao)清(qing)電(dian)影(ying)指(zhi)日(ri)可(ke)待(dai)。
但是,其設備在實用過程中一直遭遇聚光效率低下這一瓶頸,石墨烯隻能吸收照射於其上的3%的光線來產生電力,其餘光線全成了“漏網之魚”。
現(xian)在(zai),科(ke)學(xue)家(jia)通(tong)過(guo)將(jiang)石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)納(na)米(mi)金(jin)屬(shu)結(jie)構(gou)耦(ou)合(he)在(zai)一(yi)起(qi),並(bing)將(jiang)金(jin)屬(shu)結(jie)構(gou)采(cai)用(yong)特(te)殊(shu)的(de)排(pai)列(lie)方(fang)法(fa)置(zhi)於(yu)石(shi)墨(mo)烯(xi)上(shang)解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)。這(zhe)種(zhong)所(suo)謂(wei)的(de)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)顯(xian)著(zhu)增(zeng)強(qiang)了(le)能(neng)被(bei)石(shi)墨(mo)烯(xi)感(gan)應(ying)的(de)光(guang)電(dian)場(chang),並(bing)能(neng)有(you)效(xiao)地(di)將(jiang)光(guang)集(ji)中(zhong)在(zai)石(shi)墨(mo)烯(xi)上(shang),將(jiang)石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)聚(ju)光(guang)性(xing)能(neng)提(ti)高(gao)了(le)20倍,而且其數據處理速度沒有受到絲毫影響。
迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi),石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)一(yi)直(zhi)集(ji)中(zhong)於(yu)基(ji)礎(chu)物(wu)理(li)學(xue)和(he)電(dian)子(zi)學(xue)。而(er)這(zhe)項(xiang)最(zui)新(xin)的(de)技(ji)術(shu)將(jiang)使(shi)得(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)在(zai)光(guang)子(zi)學(xue)和(he)光(guang)電(dian)子(zi)學(xue)領(ling)域(yu)也(ye)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li),可(ke)用(yong)於(yu)製(zhi)造(zao)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)和(he)光(guang)敏(min)器(qi)等(deng)多(duo)種(zhong)有(you)用(yong)設(she)備(bei)。
目前,石墨烯在電子行業的應用中研發的方向主要有四個領域,包括:
1、石墨烯可替代晶矽應用在將芯片領域,將芯片速度提高到THZ級別。
2、石墨烯製成的鋰離子電池負極材料能夠大幅提高電池性能。
3、石墨烯製成的超級電容器,充電時間隻需1毫秒。
4、石墨烯可以替代ITO作為導電材料製成顯示器件。
可惜的是,就目前看來,石墨烯規模化供應和需求至少需要8-10年(nian)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)產(chan)業(ye)化(hua)。因(yin)為(wei)現(xian)在(zai)行(xing)業(ye)仍(reng)在(zai)量(liang)產(chan)摸(mo)索(suo)階(jie)段(duan),也(ye)沒(mei)有(you)形(xing)成(cheng)下(xia)遊(you)的(de)應(ying)用(yong)和(he)需(xu)求(qiu)。而(er)且(qie)國(guo)內(nei)從(cong)事(shi)石(shi)墨(mo)烯(xi)研(yan)究(jiu)的(de)機(ji)構(gou)主(zhu)要(yao)為(wei)各(ge)大(da)科(ke)研(yan)院(yuan)校(xiao)及(ji)一(yi)些(xie)石(shi)墨(mo)產(chan)品(pin)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye),隻能小量生產石墨烯樣品,並沒有規模化生產的能力。
但是作為新材料的王者,石墨烯無疑對矽構成了強烈的威脅。
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