新方法讓石墨烯與硅基技術“聯姻”

　　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，只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，遠遠超過硅和其他傳統的半導體材料?？茖W家們認為，石墨烯有望徹底變革材料科學領域，未來或能取代硅成為電子元件材料，廣泛應用于超級計算機、柔性觸摸屏、環保和醫療設備、光子傳感器以及有機太陽能電池等諸多領域。

　　但石墨烯征服硅谷之路面臨的主要障礙是成功地將石墨烯整合到成熟的金屬—硅化物技術內?，F在，來自維也納大學、德國和俄羅斯的研究人員成功地構建出一種新奇且高質量的處于一層石墨烯保護和覆蓋下的金屬硅化物結構。

　　為了揭示這一新結構的基本屬性，科學家們采用了基于愛因斯坦發現的光電效應而研制的角分辨光電子能譜儀（ARPES）。當一個光粒子同一種材料相互作用時，它能將所有能量傳遞給材料內的一個電子。如果光粒子的能量足夠大，電子獲取的能量就足以讓它從物質中逃逸。ARPES使科學家們能通過確定電子逃離物質的角度，提取這種材料的電子屬性等相關信息。

　　該研究的合作者、奧地利維也納大學材料學研究所電子屬性研究中心的亞歷山大·格魯雷斯和尼克雷·沃比提斯基表示：“單原子厚度的石墨烯層以及由其制成的混合材料使我們能借用ARPES研究很多新奇的電子現象?！?/p>

　　借用ARPES，科學家們發現，這種石墨烯覆蓋的硅化物不會被氧化，所以，其可以用于很多電子材料和設備中。最重要的是，石墨烯層幾乎不同其覆蓋的硅化物發生反應，這就讓其屬性得以保存完好。這種石墨烯-硅化物有望廣泛應用于半導體、自旋電子、光伏以及熱電設備中。

　　石墨烯產業有望形成萬億產值

　　石墨烯，2004年首次從石墨中分離得出，是目前世界上已知的最薄的材料，幾乎完全透明，具有良好的導熱、導電性能。

　　為推動石墨烯產業化，中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟日前在京成立。該聯盟由清華大學、中科院金屬研究所、北京現代華清材料科技發展中心等核心單位發起，聯合國內從事石墨烯研發、產業化的22家法人機構。聯盟成員包括6所高校、4家中科院研究所、17家企業，基本囊括了國內石墨烯研發及產業化的主流單位。

　　或撬動萬億市場

　　作為一種新型的納米材料，石墨烯以其獨特的結構、力學和電子性質，在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術領域有著廣泛的應用前景。它是目前人類已知強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料。

　　分析認為，首先，石墨烯如果取代硅，有望讓計算機處理器的運行速度快數百倍。其次，石墨烯有望引發觸摸屏和顯示器產品的革命，制造出可折疊、伸縮的顯示器件。再其次，石墨烯可以推動超級電容器發展，使得同等體積的電容擴充5倍以上的容量。此外，石墨烯加入鋰電池電極中能夠大幅提高導電性能。石墨烯因其超出鋼鐵數十倍的強度，也有望被用于制造紙片般薄的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線，在這些領域將引發革命性的突破。

　　作為一種技術含量極高的碳材料，石墨烯在半導體、光伏、鋰電池、航天、軍工、LED、觸控屏等領域都將帶來一次材料革命。由于售價高昂，石墨烯目前尚未產業化。有分析認為，作為一種理想的替代型材料，石墨烯一旦實現產業化其產值至少在萬億以上。

　　中國產業優勢明顯

　　中國具有發展石墨烯產業得天獨厚的條件。數據顯示，我國石墨礦儲量占世界總儲量的75%，生產量占世界總產量的72%，是我國少有的幾種具有國際競爭優勢的礦產之一。

　　論壇上，各科研單位專家和企業代表認為，石墨烯在我國的應用前景十分廣闊，現在行業正處于從技術向商業演變的關鍵時期。但從實際情況來看，成本和工藝問題的存在使得石墨烯短期內無法形成真正的商業規模，在應用領域來看，鋰電池和環保涂層材料有望是國內石墨烯應用領域未來的一大突破口。

　　石墨烯的制成需要有尖端的制備工藝，目前業內主要有四種制備方法，分別是機械剝離法、外延生長法、氧化石墨還原法和氣相沉積法（CVD）。前三種的原材料均為石墨，CVD法原材料則為甲烷居多。由于制造成本相對較低，目前業內多采用機械剝離法和氧化石墨還原法制造石墨烯。

　　中科院寧波材料所石墨烯研究團隊研究員周旭峰表示，目前國內對石墨烯的應用前景頗為看好，多個領域都準備躍躍欲試。但從實際情況來看，制造工藝不穩定和成本居高不下，仍是石墨烯走向產業化最需要解決的問題，從制造工藝來看，目前業內的四種方法均有各自的優勢和缺陷，產業技術路徑仍在探討之中。周旭峰認為，由于產業鏈相對較短，環保和儲能領域有望成為率先實現石墨烯商用。

　　在相關政策扶持方面，工信部原材料司副司長高云虎表示，在編制新材料產業“十二五”發展規劃的時候，石墨烯還沒有目前這樣熱門，產業應用前景也并不明朗，因此在規劃文本、產品目錄中沒有把石墨烯作為主要重點，但隨著技術和應用的突破，下一步會統籌研究并予以考慮。