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來源：digitaltrends 2010年的諾貝爾物理學獎將石墨烯帶入了人們的視線。2004年英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授通過一種很簡單的方法從石墨薄片中剝離出了石墨烯，為此他們二人也榮獲2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯是一種二維晶體，由碳原子按照六邊形進行排布，相互連接，形成一個碳分子，其結構非常穩定；隨著所連接的碳原子數量不斷增多，這個二維的碳分子平面不斷擴大，分子也不斷變大。單層石墨烯只有一個碳原子的厚度，即0.335納米，相當于一根頭發的20萬分之一的厚度，1毫米厚的石墨中將將近有150萬層左右的石墨烯。石墨烯是已知的最薄的一種材料，并且具有極高的比表面積、超強的導電性和強度等優點。 或許你對“石墨烯”這種材質并不熟悉，但實際上它將有可能改變我們未來的數字生活。從物理學角度來說，它是世界上第一個二維材料、比人類頭發細一萬倍，擁有柔韌性、透明的形態，并且能夠導電。而在科技領域，包括三星、諾基亞等廠商都在致力于石墨烯材質的研發及應用，有望被應用在觸摸屏、電池、傳感器、晶體管等各種領域。也就是說，石墨烯是一種能夠改變手機等數碼產品未來形態的技術，主要體現在下面5個方面： 1. 柔軟且堅不可摧的觸摸屏 
由于石墨烯柔韌、透明且可以導電的特性，相比傳統玻璃，它更適合作為屏幕面板。包括美國德克薩斯大學、韓國成均館大學均在早期進入此領域進行研究，并取得了一定的成功；而科技公司方面，三星在2011年已經研發出40英寸的石墨烯觸摸屏面板、索尼則在2012年進一步將其柔性化。 也就是說，柔性屏幕的發展可能會因為石墨烯技術而取得突破。目前，真正商用的柔性屏幕仍無法實現任意彎曲且不會損壞，預計三星會在此領域率先取得突破，提出柔性石墨烯觸摸屏，應用在手機、可穿戴設備領域。 2. 充電速度更快的柔性電池
同理，石墨烯也能夠應用在電池領域，解決目前電池技術的瓶頸。試想一下，一顆能夠隨意彎曲的電池，不僅更加安全，還可以在20秒內完成充電，顯然是柔性屏幕手機的福音。這并非幻想，目前加州大學洛杉磯分校已經研制出石墨烯超級電容，厚度就如一張A4紙一般，并且具有柔韌性，可隨意彎曲，量產也比較容易，充電速度是目前鋰電池的100至1000倍。 除此之外，石墨烯電池也能夠實現更大的容量。美國西北大學在石墨烯間的夾層加入了硅電極，來實現超出目前10倍的容量。這些案例都意味著：未來你的手機不僅會輕薄，電池電量還將達15000mAh、并且在幾分鐘內就可以充滿。 3. 更好的鏡頭傳感器
目前數碼攝像頭的傳感器材質基本上都是CMOS（互補金屬氧化物半導體），尺寸方面幾乎很難縮小，所以全畫幅單反的體積依然驚人。但如果使用石墨烯，不僅可以將其變得更加小巧、還將具有更高的光線敏感性及更少的功耗。 目前新加坡南洋理工學院研制出的石墨烯傳感器，已經擁有相當于CMOS 1000倍的光線敏感性、并減少10倍的功耗，這意味著未來數碼相機也許不會再出現噪點、并且可以在保持大畫幅的同時減少機身尺寸。 不僅僅是科研機構，諾基亞早在2011年就已經申請了石墨烯傳感器專利，我們希望在未來的微軟Windows Phone上看到這個特性。 4. 石墨烯晶體管
石墨烯還有可能被應用在晶體管上，對半導體行業的影響將是巨大的。簡單來說，它能夠讓CPU、GPU更加省電，擁有更好的散熱性，集成度也更好，從而實現更廣泛的性能提升。 硅材料的加工極限一般認為是10納米線寬。受物理原理的制約，小于10納米后不太可能生產出性能穩定、集成度更高的產品。然而英國科學家發明的新型晶體管將延長摩爾定律的壽命。該晶體管有望為研制新型超高速計算機芯片帶來突破。值得一提的是世界最小晶體管的主要研制者也是于2004年開發出石墨烯的人，他們就是英國曼切斯特大學物理和天文學系的安德烈·K·海姆（Andre Geim）教授和科斯佳·諾沃謝洛夫（Kostya Novoselov）研究員。正是因為開發出了石墨烯，他們獲得了2008年諾貝爾物理獎的提名。 由上述兩人率領的英國科學家開發出的世界最小晶體管僅1個原子厚10個原子寬，所采用的材料是由單原子層構成的石墨烯。石墨烯作為新型半導體材料，近年來獲得科學界的廣泛關注。英國科學家采用標準的晶體管工藝，首先在單層石墨膜上用電子束刻出溝道。然后在所余下的被稱為“島”的中心部分封入電子，形成量子點。石墨烯晶體管柵極部分的結構為10多納米的量子點夾著幾納米的絕緣介質。這種量子點往往被稱為“電荷島”。由于施加電壓后會改變該量子點的導電性，這樣一來量子點如同于標準的場效應晶體管一樣，可記憶晶體管的邏輯狀態。另據報導，英國曼切斯特大學安德烈·海姆教授領導的科研團隊，除了已開發出了10納米級可實際運行的石墨烯晶體管外，他們尚未公布的最新研究成果還有，已研制出長寬均為1個分子的更小的石墨烯晶體管。該石墨烯晶體管實際上是由單原子組成的晶體管。 5. 更快的網絡 相關研究人員表示，由于石墨烯的光學響應率非常高，所以可以作為光纖傳導介質，將目前的互聯網速度提升100倍。相信隨著研究的不斷深入，石墨烯會更多被應用在電信基礎設施領域。 總結 石墨烯的潛力顯然是巨大的，除了上述方向，它還可以用于太陽能電池、氣體傳感器、海水淡化、航空航天甚至是制造更薄更強韌的保險套。隨著研究的深入，包括比爾·蓋茨基金會、曼徹斯特大學國家石墨烯研究所、麻省理工學院等眾多機構都將加速其發展，相信在未來幾年我們會看到它的實際應用價值。 |
