石墨烯是下一個硅嗎

石墨烯是下一個硅嗎
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時間：2018-12-08 點擊次數(shù)：826


硅是一種神奇的元素：它無處不在，價格便宜，易于與其他材料匹配，是優(yōu)良的絕緣體，在正常處理中無毒（這里我們不討論二氧化硅粉塵）。觀點：它可以用作集成電路的基板（雖然有新的替代品，如GaAs，但是在可預見的將來它仍然是硅的世界），作為壓電材料產(chǎn)生正負壓電效應，以及作為微機電系統(tǒng)（MEMS）。在電子、先進機械、電化學和生化傳感器等領域，我們經(jīng)常讀到硅基元件和結構如何引領創(chuàng)新。

現(xiàn)在還有另一種具有類硅性能的材料：石墨烯。和硅一樣，它基于單一富元素（碳）并具有相似的材料優(yōu)勢（當然不像硅，它具有高導電性）。用于電子、機械和化學應用。它們可用作電刷觸頭、軸承材料、生物引誘劑和潤滑劑。我們還知道另一種形式的碳是巴克明斯特富勒烯（足球烯烴，一種具有60個碳原子的足球形分子），當然還有鉆石。

那么什么是石墨烯呢簡而言之，它是一層碳原子，緊密結合在六角形蜂窩晶格中。它是由曼徹斯特大學的物理學家康斯坦丁·謝爾蓋耶維奇·諾沃塞洛夫爵士和安德烈·康斯坦丁漢姆爵士在本世紀初分析和制造的。他們還贏得了諾貝爾獎。l 2010年物理學獎。石墨具有非凡的機械性能，包括非常高的比強度。

但是它的應用范圍超出了結構材料或部件的范圍。它被廣泛使用，包括電池電極、光學傳感器，甚至電光材料。最近的幾個應用實例可以清楚地說明這一點：

作為傳感器：由加州大學洛杉磯分校薩繆利工程學院（UCLA）能源部支持的一個研究小組正在開發(fā)一種利用石墨烯以及金和半導體加工技術顯著改進的光電探測器。窄帶/高靈敏度或寬帶/低靈敏度探測器之間的權衡。它可以工作在寬光譜范圍（從可見光到紅外），并且具有從0.6A/W（0.8m波長）到11.5A/W（20m波長）的響應范圍。

圖1：UCLA工程師開發(fā)的光電探測器示意圖顯示了石墨烯納米條（六角形結構）和光源（粉色圓柱體）上的金梳狀納米圖案。

可清洗電路材料：由愛荷華州立大學領導的一個研究小組將石墨烯與先進的激光加工技術相結合，開發(fā)出一種低成本、柔性、高導電性和防水的電路。他們使用噴墨打印機沉積石墨烯，然后使用快速脈沖激光技術處理。石墨烯。即使印刷表面是紙或超薄聚合物，也不會損壞，從而將石墨烯印刷電路從保持水滴(親水性)的特性轉變?yōu)榕懦馑?超疏水性)。Ne電路的直接脈沖激光寫入

圖2：直接脈沖激光寫入工藝（上對）和（下對）前后石墨烯表面圖案和潤濕性接觸角的比較。

作為高速電光調(diào)制器：哥倫比亞大學的研究人員正在使用硅基石墨烯來集成光學相位延遲元件，該元件可嵌入波導中，用作具有低插入和高折射率特性的靜電可調(diào)諧調(diào)制器。利用石墨烯實現(xiàn)硅光電器件中的Low Power Optical相控陣。

圖3：石墨烯的電光特性。（a）理論吸收率和折射率（I區(qū)高吸收率和II區(qū)低吸收率）隨本征石墨烯的費米能級而變化。（b）所構建器件的光學顯微照片（干涉儀臂的偽影）(c)器件的橫截面顯示石墨烯-HfO 2-石墨烯電容器在Si3N4波導上。

作為人體器官的替代品：清華大學的一個研究小組開發(fā)了一個基于激光誘導石墨烯(LIG)的智能人工喉。這種智能裝置可以單個單元檢測和產(chǎn)生聲音。生物相容的人工喉附著在喉部以產(chǎn)生識別。聲音和可控的聲音。集成聲學器件可以根據(jù)石墨烯的熱聲效應產(chǎn)生聲音，并根據(jù)其壓阻效應檢測聲音。

圖4：(a)人工喉的工作流程；(b)測試者佩戴LIG人工喉(1厘米尺度)；(c)LIG喉檢測高、低和纖細的音調(diào)，并分別轉換成高音量1kHz、低音量10kHz和低音量5kHz的聲音；(d)高音量10kHz的語音放大；(e)low音量10kHz語音放大；（e）低音量10kHz語音放大；（e）低音量10kHz語音放大。kHz聲音放大波；（f）5kHz低音量聲音放大波。（來源：清華大學）

這些研究將引領我們走向何方仍然是一個無法回答的問題，至少目前還沒有。毋庸置疑，創(chuàng)新往往在很大程度上依賴于超純的、可理解的新材料，從硅到磁盤涂層，再到聚合物和高度精煉的金屬。1959年在加利福尼亞理工學院召開的美國物理學會會議上，他提出了一個很好的觀點：底部空間很大：邀請人們進入新物理學領域?？茖W的。

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