伊利石 石墨烯將改變未來 承德人和礦業(yè)
發(fā)布時(shí)間：2017/04/07 點(diǎn)擊量：
應(yīng)用石墨烯材料，手機(jī)屏幕可以輕易彎曲甚至折疊。
石墨烯的出現(xiàn)，有望給我們的生活帶來驚喜。手機(jī)充電可以“秒充”，手機(jī)屏幕可以輕易彎曲甚至折疊，汽車可以使用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，避免摩擦起電發(fā)生爆燃……從航空航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，利用石墨烯的特性，很多領(lǐng)域很可能都會(huì)發(fā)生巨大的變化。
用石墨烯替代硅，可以提高電子芯片的性能?？蒲腥藛T目前正把石墨烯的生產(chǎn)和應(yīng)用引入半導(dǎo)體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技術(shù)革命很可能從我們常見的小小芯片開始。
電子芯片的基礎(chǔ)材料是硅。然而，隨著芯片上元器件越來越密集，最高端的芯片上，兩個(gè)元器件之間的距離已經(jīng)不到10個(gè)納米，幾乎到達(dá)硅材料的極限。想要繼續(xù)提高性能，該怎么辦?科研人員開始嘗試用石墨烯部分代替硅的作用。
“由石墨烯制作的器件，理論上頻率可以達(dá)到硅的十倍甚至上百倍，可以在雷達(dá)上應(yīng)用，大幅提高雷達(dá)的分辨率。而且在通訊、成像上都有比較廣泛的應(yīng)用。”孔月嬋介紹說，而且，當(dāng)前石墨烯的研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備和普通半導(dǎo)體器材生產(chǎn)設(shè)備一樣，現(xiàn)有的技術(shù)開發(fā)都可以基于成熟的設(shè)備和工藝，為后續(xù)的工程化研制奠定了基礎(chǔ)。
科研人員還在做另一件大事。他們讓石墨烯附著在厚度只有50納米的金箔上，然后用一套新的辦法，把石墨烯完整地轉(zhuǎn)移到柔軟的塑料片上。
孔月嬋說，石墨烯可以通過靈活的方法轉(zhuǎn)移到任意科研人員希望的襯底上，比如電子器件上專用的一個(gè)塑料襯底，它具備柔性，也適合晶體管的制備過程。通過特別的石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為基礎(chǔ)在這塊塑料片上制備出具有一定功能的電子器件。最關(guān)鍵的是，這樣的電子器件可以輕松彎曲。未來無論是可以折疊的顯示屏幕，還是能夠植入人體的可穿戴設(shè)備，都可能靠這樣的石墨烯器件來實(shí)現(xiàn)。
石墨烯另一個(gè)被寄予厚望的應(yīng)用領(lǐng)域是電能的儲(chǔ)存。在天津電源研究所，這里的科研人員正在開展最先進(jìn)電容器的研究。電容器與電池一樣，都能用來儲(chǔ)存電能。它的優(yōu)勢(shì)在于充電速度快，幾分鐘就能充滿，而且可以重復(fù)使用幾萬次。但它存儲(chǔ)的電量不如電池多，還無法通過存儲(chǔ)足夠多的電能在生活里派上大用場(chǎng)。
“這是我們已經(jīng)做好的改性石墨烯配成的漿料，下一步我們就把這些漿料通過涂布機(jī)涂到鋁箔上，成為我們石墨烯電容器所用的正極。”中國電科18所化學(xué)與物理電源技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任丁飛博士說，電容材料對(duì)電容器的性能有著至關(guān)重要的影響。通過對(duì)石墨烯材料進(jìn)一步改性研究，科研人員正在讓電容器的儲(chǔ)電能力一步一步向電池靠攏，而同時(shí)它擁有的超快充電速度，能夠?yàn)槿藗兊纳顜砀嗟谋憷?ldquo;我們正在做的改性石墨烯電容器，可以幾分鐘充滿，其能量密度有望在一段時(shí)間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度。”
能量密度是指在一定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小，能量密度越高，就表示這種物質(zhì)的儲(chǔ)電能力越強(qiáng)。據(jù)丁飛介紹，目前他們所研制的改性石墨烯電容器的樣品，能量密度已達(dá)到傳統(tǒng)電容器的3倍以上。雖然還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但是石墨烯材料的強(qiáng)大能力讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)看到改性石墨烯電容器應(yīng)用的廣闊前景。
未來，當(dāng)充電設(shè)施越來越完善時(shí)，電動(dòng)汽車使用石墨烯電池，可能花兩三分鐘就可以把電充滿。
中國電科55所所長(zhǎng)、微波毫米波單片集成和模塊電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任高濤認(rèn)為，即使在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯的神奇性能依然沒有完全釋放出來。同時(shí)，技術(shù)層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。但通過加強(qiáng)需求和研究的結(jié)合，不斷在石墨烯材料的制備和器件研制方面取得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新興材料將會(huì)極大改變?nèi)藗兊纳睢?br />
石墨烯的出現(xiàn)，有望給我們的生活帶來驚喜。手機(jī)充電可以“秒充”，手機(jī)屏幕可以輕易彎曲甚至折疊，汽車可以使用石墨烯導(dǎo)靜電輪胎，避免摩擦起電發(fā)生爆燃……從航空航天、電子信息到節(jié)能環(huán)保，利用石墨烯的特性，很多領(lǐng)域很可能都會(huì)發(fā)生巨大的變化。
用石墨烯替代硅，可以提高電子芯片的性能?？蒲腥藛T目前正把石墨烯的生產(chǎn)和應(yīng)用引入半導(dǎo)體行業(yè)，石墨烯引發(fā)的技術(shù)革命很可能從我們常見的小小芯片開始。
電子芯片的基礎(chǔ)材料是硅。然而，隨著芯片上元器件越來越密集，最高端的芯片上，兩個(gè)元器件之間的距離已經(jīng)不到10個(gè)納米，幾乎到達(dá)硅材料的極限。想要繼續(xù)提高性能，該怎么辦?科研人員開始嘗試用石墨烯部分代替硅的作用。
“由石墨烯制作的器件，理論上頻率可以達(dá)到硅的十倍甚至上百倍，可以在雷達(dá)上應(yīng)用，大幅提高雷達(dá)的分辨率。而且在通訊、成像上都有比較廣泛的應(yīng)用。”孔月嬋介紹說，而且，當(dāng)前石墨烯的研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備和普通半導(dǎo)體器材生產(chǎn)設(shè)備一樣，現(xiàn)有的技術(shù)開發(fā)都可以基于成熟的設(shè)備和工藝，為后續(xù)的工程化研制奠定了基礎(chǔ)。
科研人員還在做另一件大事。他們讓石墨烯附著在厚度只有50納米的金箔上，然后用一套新的辦法，把石墨烯完整地轉(zhuǎn)移到柔軟的塑料片上。
孔月嬋說，石墨烯可以通過靈活的方法轉(zhuǎn)移到任意科研人員希望的襯底上，比如電子器件上專用的一個(gè)塑料襯底，它具備柔性，也適合晶體管的制備過程。通過特別的石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)，將帶有石墨烯的金箔附著在了塑料片上，以之為基礎(chǔ)在這塊塑料片上制備出具有一定功能的電子器件。最關(guān)鍵的是，這樣的電子器件可以輕松彎曲。未來無論是可以折疊的顯示屏幕，還是能夠植入人體的可穿戴設(shè)備，都可能靠這樣的石墨烯器件來實(shí)現(xiàn)。
石墨烯另一個(gè)被寄予厚望的應(yīng)用領(lǐng)域是電能的儲(chǔ)存。在天津電源研究所，這里的科研人員正在開展最先進(jìn)電容器的研究。電容器與電池一樣，都能用來儲(chǔ)存電能。它的優(yōu)勢(shì)在于充電速度快，幾分鐘就能充滿，而且可以重復(fù)使用幾萬次。但它存儲(chǔ)的電量不如電池多，還無法通過存儲(chǔ)足夠多的電能在生活里派上大用場(chǎng)。
“這是我們已經(jīng)做好的改性石墨烯配成的漿料，下一步我們就把這些漿料通過涂布機(jī)涂到鋁箔上，成為我們石墨烯電容器所用的正極。”中國電科18所化學(xué)與物理電源技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任丁飛博士說，電容材料對(duì)電容器的性能有著至關(guān)重要的影響。通過對(duì)石墨烯材料進(jìn)一步改性研究，科研人員正在讓電容器的儲(chǔ)電能力一步一步向電池靠攏，而同時(shí)它擁有的超快充電速度，能夠?yàn)槿藗兊纳顜砀嗟谋憷?ldquo;我們正在做的改性石墨烯電容器，可以幾分鐘充滿，其能量密度有望在一段時(shí)間之后，接近現(xiàn)有鋰電池的能量密度。”
能量密度是指在一定空間或質(zhì)量的物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小，能量密度越高，就表示這種物質(zhì)的儲(chǔ)電能力越強(qiáng)。據(jù)丁飛介紹，目前他們所研制的改性石墨烯電容器的樣品，能量密度已達(dá)到傳統(tǒng)電容器的3倍以上。雖然還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但是石墨烯材料的強(qiáng)大能力讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)看到改性石墨烯電容器應(yīng)用的廣闊前景。
未來，當(dāng)充電設(shè)施越來越完善時(shí)，電動(dòng)汽車使用石墨烯電池，可能花兩三分鐘就可以把電充滿。
中國電科55所所長(zhǎng)、微波毫米波單片集成和模塊電路重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任高濤認(rèn)為，即使在實(shí)驗(yàn)室條件下，石墨烯的神奇性能依然沒有完全釋放出來。同時(shí)，技術(shù)層面還存在著不少挑戰(zhàn)，真正大面積應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。但通過加強(qiáng)需求和研究的結(jié)合，不斷在石墨烯材料的制備和器件研制方面取得重要突破，石墨烯這種新一代戰(zhàn)略性新興材料將會(huì)極大改變?nèi)藗兊纳睢?br />
