石墨烯是下一個矽（guī）嗎

石墨烯是下一個矽嗎
來源：東莞市捷誠石墨製品有限（xiàn）公司 發布時間：2018-12-08 點（diǎn）擊次數（shù）：826


矽是一種神奇的元素：它無處不在，價格（gé）便宜，易於與其他材料匹配，是優良的絕緣體，在正常處理中無毒（這裏我們不討論二氧化矽粉塵）。觀點：它可以（yǐ）用作集成電路的基板（雖然有新的替代（dài）品，如GaAs，但是（shì）在可預見的將來它仍（réng）然是矽的世界），作為壓電材（cái）料產生正負壓電效應（yīng），以及作為微機電係統（MEMS）。在電子、先進機（jī）械、電（diàn）化學和生化傳感器等領（lǐng）域，我們經常讀到矽基元件和結構如何引領創新。

現在還有另一種具有（yǒu）類（lèi）矽性能的材料：石墨烯。和矽一樣，它基於單一富元素（碳）並（bìng）具有相似的（de）材料優勢（當然不像矽，它具有高導電性（xìng））。用於電子、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（lìng）一種形式的碳是巴克明斯特富勒烯（足球烯烴，一種具（jù）有60個碳原子的足球形分子），當然還有（yǒu）鑽（zuàn）石。

那麽什麽是石墨烯呢簡而言之，它是一層碳原子，緊密結（jié）合在六角（jiǎo）形（xíng）蜂窩晶（jīng）格中（zhōng）。它是由曼徹斯（sī）特大學的物理學家康斯坦丁·謝爾蓋耶（yē）維奇·諾沃塞洛夫爵士和安（ān）德烈·康斯坦丁漢（hàn）姆爵士在本世紀初分析（xī）和製造的。他們還（hái）贏得了諾貝（bèi）爾獎。l 2010年物（wù）理學獎。石（shí）墨具有非凡（fán）的機械性能，包括非常高的比強（qiáng）度。

但是它的應用範圍（wéi）超出了結構材料或部件的範圍。它被廣（guǎng）泛使用，包括電池電極（jí）、光學傳感器，甚至（zhì）電光（guāng）材料。最近的幾個應用實例可以清楚地（dì）說明這一點：

作為傳感器：由加州大學洛杉（shān）磯分校薩繆利工（gōng）程（chéng）學（xué）院（UCLA）能源部（bù）支（zhī）持的一個研究小組正在開發一種利用石墨烯以（yǐ）及金（jīn）和半導體加工技術顯著（zhe）改進的光電探測器。窄帶/高靈敏度或寬帶/低靈（líng）敏度探測器之間（jiān）的權衡。它可以工作在寬光譜範圍（從可見光到紅外），並且具有從0.6A/W（0.8m波長）到11.5A/W（20m波長）的響應範圍。

圖1：UCLA工程師開發的光電探測器示意圖（tú）顯示了石墨烯納米條（六（liù）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（zhōu）立大學領導的一（yī）個研（yán）究小組將石墨（mò）烯與先進的激光加工技術相結合（hé），開發出一種低（dī）成（chéng）本、柔性、高導（dǎo）電性和防（fáng）水的電路。他們使（shǐ）用噴墨打印機沉積石墨烯，然（rán）後使用快速脈衝激光（guāng）技術（shù）處理。石墨烯（xī）。即使印刷表（biǎo）麵是紙或超薄聚合（hé）物，也不會損壞，從而將石墨烯印刷電（diàn）路從保持水（shuǐ）滴(親水性)的特性轉（zhuǎn）變為排斥水(超疏水（shuǐ）性)。Ne電路的直接脈衝激光寫入

圖2：直接脈衝激光寫（xiě）入工藝（上對）和（下（xià）對）前後石墨烯表麵圖案和潤濕性接觸角的比較。

作為高（gāo）速（sù）電光調製器：哥倫比亞大學的研究人員正在使用矽基石墨烯（xī）來集成光學相位（wèi）延遲元件，該元（yuán）件可嵌入波導中，用作具有低插入（rù）和高折（shé）射率特性的靜電可調諧調製器。利用石（shí）墨烯實現矽光電器件中的Low Power Optical相控陣。

圖3：石墨烯的（de）電光特性。（a）理論吸收率和折射率（I區高吸收率和II區低吸收率）隨本（běn）征石（shí）墨烯的費米能級而變化。（b）所構建器件的光學（xué）顯微照片（幹涉儀臂的（de）偽（wěi）影）(c)器件的橫截麵顯示石墨烯（xī）-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（zǔ）開發了一個基於激光誘導石墨烯(LIG)的智能人工喉。這種（zhǒng）智能裝（zhuāng）置可以單（dān）個單元檢（jiǎn）測和產生聲音。生物相容的人工喉（hóu）附著（zhe）在喉部以（yǐ）產生識（shí）別。聲音和可控的聲音。集成聲學器（qì）件可以根據石墨烯的熱聲效應產生聲音，並（bìng）根據（jù）其壓阻（zǔ）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（rén）工喉(1厘米（mǐ）尺度)；(c)LIG喉檢測高、低和纖細的音調，並分別轉換成高音量1kHz、低音量10kHz和低音量5kHz的聲音；(d)高音量10kHz的（de）語音放大；(e)low音量10kHz語音放大；（e）低音量10kHz語音（yīn）放大；（e）低音量10kHz語音放大。kHz聲音放（fàng）大（dà）波；（f）5kHz低音量聲音放大波。（來源：清華（huá）大學）

這些（xiē）研究將引領我們走向何方仍然是一（yī）個無法回答的問題（tí），至少目前還（hái）沒（méi）有。毋庸置疑，創新往往（wǎng）在很大程度上依賴於超純的、可（kě）理解的新材料，從（cóng）矽到磁盤塗層，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（shàng），他提（tí）出了一個很好的（de）觀點：底部空間很大（dà）：邀請人（rén）們進入新物理學領域。科學的。

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