英学术机构探索石墨烯应用 或在军事上大有作为

发布时间: 2014-12-01 14:11:22  |  来源: 中国发展门户网  |  作者: 窦豆  |  责任编辑: 魏博
关键词: 军事航天 剥离法 应用领域 应用场合 二维

石墨烯的应用:前途光明、道路曲折

其实就在2012年,因石墨烯而获得诺贝尔奖的康斯坦丁·诺沃肖洛夫和他的同事曾经在《自然》上发表文章讨论石墨烯的未来,两年来的发展基本证明了他们的预测。他们认为作为一种材料,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”,虽然将来它也许能发挥重大作用,但在克服几个重大困难之前,这一场景还不会到来。更重要的是,考虑到产业更新的巨大成本,石墨烯的好处可能不足以让它简单地取代现有的设备——它的真正前景,或许在于为它的独到特性量身定做的全新应用场合。

许多项研究向人们展示了石墨烯的惊人特征,但有一个陷阱,这些美妙的特性对样品质量要求非常高。要想获得电学和机械性能都最佳的石墨烯样品,需要最费时费力费钱的手段:机械剥离法——用胶带粘到石墨上,手工把石墨烯剥下来。所需的设备和技术含量看起来很低,但问题是成功率更低。要论产业化,这手段毫无用途。现在我们有了很多其他方法,能增加产量、降低成本,但这些办法又无法保证产品质量,迄今为止还没有能适合工业化大规模推广生产的技术。

石墨烯一个有前景的方向是显示设备——触屏、电子纸等。目前而言,石墨烯和金属电极的接触点电阻很难对付。现代电子产品全部是建立在半导体晶体管之上,而它有一个关键属性称为“带隙”:电子导电能带和非导电能带之间的区间。正因为有了这个区间,电流的流动才能有非对称性,电路才能有开和关两种状态——可是,石墨烯的导电性能实在太好了,它没有带隙,只能开不能关。只有电线没有逻辑电路是毫无用途的。要想靠石墨烯创造未来电子产品,取代硅基的晶体管,必须人工植入一个带隙,但简单植入又会使石墨烯丧失它的独特属性。虽然目前针对这个领域的研究不少,但诺沃肖洛夫等人认为这个问题要真正解决,还要至少十年。

石墨烯产业还有一个意想不到的麻烦:污染。石墨烯产业目前最成熟的产品之一是所谓“氧化石墨烯纳米颗粒”,它很便宜,虽不能用来做电池、可弯折触屏等高端领域,作为电子纸等用途相当不错;可其对人体很可能是有毒的,并且研究者发现它在地表水里非常稳定、极易扩散。虽然现在对它的环境影响下断言还为时太早,但这的确是个潜在问题。

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