匪夷所思的石墨烯-有望续写摩尔定律的神奇之“碳”

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1、匪夷所思的石墨烯：有望续写摩尔定律的神奇之“碳”2013-08-2000:03:00 OFweek电子工程网 我要分享 本地收藏｜评论｜投稿··导读:那么，“硅时代”之后，挑起半导体工业的大梁又会是什么材料呢？石墨烯，业界普遍认为最有前途的材料。也就是说，半导体工业将从“硅时代”进入“碳时代”。现在让我们来看看这神奇之“碳”！o关键字o石墨烯  摩尔定律  半导体工业  ·　　OFweek电子工程网讯：从戈登·摩尔提出“摩尔定律”到现在已经过去了差不多半个世纪，它见证了半导体工业的长足发展。但越来越多科学家认为“摩尔定

2、律”将迎来物理极限大考。　　那么，“硅时代”之后，挑起半导体工业的大梁又会是什么材料呢？石墨烯，业界普遍认为最有前途的材料。也就是说，半导体工业将从“硅时代”进入“碳时代”。现在让我们来看看这神奇之“碳”！　　神奇之“碳” 匪夷所思的石墨烯　　石墨烯是一种由碳原子以蜂巢结构组成的六角形平面薄膜，它只有一个碳原子厚度，所以它是一种二维结构的材料。物理学家们发现石墨烯中的电子运动具有很奇特的性质，它其中的电子只有波动性没有粒子性，也就是说电子的质量仿佛是不存在的，这种性质使石墨烯成为了一种罕见的可用于研究所谓相对论量子力学

3、的凝聚态物质——因为无质量的粒子必须以光速运动，从而必须用相对论量子力学来描述。而更奇妙的是，那种相对论量子力学中的“光速”并不是真空中的光速，而只有后者的1/300。　　石墨烯还具有所谓的量子霍耳效应(quantumHalleffect)，这种本身就是诺贝尔奖量级的重要效应以往是要在极低温下才能显现的，石墨烯却能将它带到室温下。诺沃肖洛夫在接受媒体采访时曾经表示，要让物理学家们改变自己的研究方向，必须用比他们所研究的有趣十倍的东西来引诱。石墨烯对很多理论物理学家来说无疑就具有那样的魅力，因而吸引了众多的追随者。　　石

4、墨烯有很多匪夷所思的特性，至今连科学家也解释不了。例如，它有生物兼容性，植入生物体后不会有排异反应，这样给很多现代诊疗带来福音，还有，它在抗癌上也很神奇，在石墨烯上癌细胞难以成活但是正常细胞可以存活。　　石墨烯的电阻率低，比铜和银还低，而它的电子迁移率很高，用它做晶体管材料，可以大大提升处理器的时钟主频，麻省理工学院电子工程和计算机科学系副教授TomasPalacios曾表示，在现有技术条件下，产生4、5GHz以上的频率难度都相当高。而石墨烯倍频器可以让系统运行在500GHz到1000GHz的范畴内。仅采用0.18nm

5、工艺，就可以制造出100GHZ的处理器。　　当然，石墨烯并不仅仅在处理器领域展现其神奇之处，接下来我们来看看它在其它领域的应用。·　　石墨烯超级电容器：能量密度高充放电速度快　　我们来看看下面这几条短讯，看石墨烯是如何在电池研究中大显身手的：　　据报道，澳大利亚科学家用石墨烯制造出了一种更致密的超级电容，其使用寿命可与传统电池相媲美，且能量密度为现有超级电容的12倍，可广泛应用于可再生能源存储、便携式电子设备以及电动汽车等领域。　　美国研究人员近日公布了他们研制的一种新型电池，这种电池能在几秒内给手机，甚至是汽车充满电

6、。这种名叫微型石墨烯超级电容器的装置的充电或者是放电速度比常规电池快100倍到1000倍。这种利用单原子层碳制成的电池很容易生产，也很容易与电子产品结合到一起，甚至有可能促使更小的手机诞生。　　由于石墨烯的稳定和惰性结构，在不损害电气和结构属性的前提下直接在原始石墨烯表面上形成半导体纳米结构一直是一个挑战。美国麻省理工学院（MIT）研究人员采用了聚合物涂层来改变其性能，在表面覆盖一层氧化锌纳米线，然后覆盖一层光感材料（铅硫化物量子点），研发出一种基于涂覆一层纳米线的石墨烯薄片的新型太阳能电池。研究认为，基于石墨烯的电池

7、与基于铟锡氧化物的电池在效率上具有可比性，总的转换效率是4.2%，这比普通硅基电池效率要低，但对专门应用领域仍具竞争力。这种电池可安装在窗户、屋顶或其他表面，具有成本低、透光性好、可以弯曲、质量轻、机械强度和化学鲁棒性强等优势。而且，这种电池完全可以在低于175℃下使用，而硅基太阳能电池则需要更高的温度。石墨烯图像传感器：光感提高1000倍新加坡南洋理工大学助理教授WangQijie和他的研究小组精心研制了一片石墨烯传感器。这一传感器能够检测广谱光，捕捉和持有光生成电子粒子的时间比大部分传感器更长，捕捉光线的能力比传统

8、传感器强1000倍，且消能也低10倍；石墨烯有毒？具有危险性但不致于影响其应用　　根据美国布朗大学（BrownUniversity）研究人员的研究发现，石墨烯可能会破坏活细胞功能。如果布朗大学的毒性研究结果进一步经过多方研究证实的话，石墨烯最终可能会像碳纳米管一样被归类在有害物质范围。石墨烯经常是由天然矿物──石墨制造而来，其方式