单原子厚度碳薄膜问世,隐含多种电子用途

2009年07月12日 10:07    老郭
关键词: 薄膜 , 单原子 , 电子 , 厚度 , 用途
  据国外媒体10日报道,世界各地的科研实验室已经生成最新材料石墨烯(Graphene),这是一种二维晶体,厚度只有一个原子的直径,但是它比钻石还硬,传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。这项重大发现让物理学家、化学家和电子工程师兴奋不已。

  英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·杰姆(Andre Geim )在6月19日发表的《科学》杂志上写道:“它是目前已知的世界上最薄的材料,也是有史以来见过的最结实的材料。”美国奥斯汀市(Austin)德州大学研究石墨烯的研究人员洛德·拉夫(Rod Ruoff)在电子邮件上写道:“几克这种材料就能覆盖整个足球场。”一克大约相当于三十分之一盎司。

  石墨烯跟钻石一样,都是纯碳。它由六边形网状原子构成,通过电子显微镜观察,它看起来很像蜂巢或者一块细铁丝网。虽然它很结实,但是柔韧性跟塑料包装一样好,可以随意弯曲、折叠或者像卷轴一样卷起来。铅笔里的笔芯——石墨是由堆叠在一起的石墨烯制成的。虽然每层石墨烯都很坚韧,但是层与层之间的连接非常不牢固,因此当你用铅笔写字时,纸上就会留下一道黑印。

  石墨烯的潜在应用方向包括触摸屏、太阳能电池、能量储存装置、手机和高速电脑芯片。然而杰姆表示,要用这种材料取代电脑芯片里的基本电子材料硅,还需要很长时间。5年前他第一个发现如何制成石墨烯。麻省理工学院研究石墨烯的研究人员托马斯·帕拉库斯(Tomas Palacios)说:“在最近和这项研究的中期阶段,石墨烯很难取代硅,成为电脑电子的主要材料。硅是一项价值数万亿美元的产业,完美的硅加工技术已经产生40多年。”

  政府和大学的实验室、美国国际商用机器公司等长期建立的公司,以及新成立的小企业都在努力解决制造石墨烯遇到的难题,希望最终把它转变成有用产品。拉夫在奥斯汀市成立石墨烯能源(Graphene Energy)公司,该公司的主要意图,是寻找储存从太阳能电池获得的可更新能源或者收集汽车刹车产生的能量的方法。五角大楼也对这种新型高科技材料非常感兴趣。美国国防高级研究计划署(DARPA)斥资2200万美元,用于研究用石墨烯制造电脑芯片和晶体管的方法。

  4月在匹兹堡举行的美国物理学会年会上,石墨烯是科学家们谈论的主要话题。研究人员用23场讨论分会探讨有关这种材料的问题。2008年有大约 1500篇与石墨烯有关的科学论文发表。直到去年科学家才找到唯一一种把石墨层粘贴在透明胶上,然后慢慢把一层石墨与胶带分开,制造石墨烯的方法。他们把这称作“透明胶带技术(Scotch Tape technique)”。

  然而,最近科学家发现一种生产石墨烯更加有效的方法,他们先把石墨放在铜、镍或硅上,然后小心把它们分开。杰姆在《科学》杂志的报告里说:“最近两三个月石墨烯制作技术的发展速度非常惊人。两年前制作石墨烯还是一项令人望而却步的巨大挑战,但是现在这方面的困难突然减小了。”拉夫说:“我相信石墨烯有很多商用价值。我们将开始研发两用装置,这种装置主要是用硅制成,但是重要部件是用石墨烯制成。”
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