中财网江门蓬江区财政局:谁来掘金石墨烯?
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/28 23:38:00
文章来源：《上海国资》 2011年09月21日 10:44
谁来掘金石墨烯?
用于透明可弯曲显示屏的石墨烯是目前最具产业化可能性的方向，“可能三四年内就见分晓”
文‖上海国资记者孙玉敏
8月8日，中科院微电子所网站发布消息称：微电子所已在石墨烯电子器件研制上获得整体突破。
石墨烯，是近来比较风靡的一种新型纳米材料。它由单层的碳原子紧密排列成二维的蜂巢状六角格子，同金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管，还有无定形碳一样，是一种单纯由碳元素构成的物质（单质）。
因为特殊的结构，石墨烯是目前世界上最薄、也是最坚硬的纳米材料。它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，但其导热性能却比任何已知材料都要优秀；同时，导电性极强，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。因此，被期待发展成更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。这样一种新型材料，目前国内外研究进展情况如何，产业化前景如何？
石墨烯的获得
自从20世纪初，X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。但作为一种二维的六角结构体，石墨烯的获得可不容易。因为这样的二维材料难以稳定地单独存在，只有依附在三维的衬底表面或者像石墨等物质的内部。所以，尽管理论研究已经持续了近六十年，但直到2004年，安德烈.盖姆（Andre Geim ）和他的学生诺沃肖洛夫（Novoselov）通过实验，从石墨中剥离出单层的石墨烯，才真正获得了突破。
正因为这一发现，安德烈·盖姆和诺沃肖洛夫获得了2010年诺贝尔物理学奖。其速度之快，在诺奖历史记录上是不多见的。
更具有传奇色彩的是，此次获得石墨烯的方法,其实验工具竟然是随处可见的胶带纸。盖姆和诺沃肖洛夫，用超市就能买到的透明胶带，从一块高序热解石墨中剥离出了仅有一层碳原子厚度的石墨薄片——石墨烯。
2004年，盖姆和诺沃谢洛夫等人将这一发现的研究论文首次发表于美国《科学》杂志，2005年又在英国《自然》杂志发表了第二篇论文，介绍石墨烯的新物理特性。同一期的杂志上，还有一篇类似的论文，第一作者为张远波、通讯作者为金必立。这两篇论文引领了后来全球对石墨烯的研究。
张远波目前为复旦大学教授，发表论文时正在美国哥伦比亚大学读书，韩裔人金必立是其导师。从2002年开始，金必立和张远波小组开始石墨烯方面的研究，当时他们并不知道盖姆的小组也在做类似的事情。他们的方法是，做一个很小的石墨纳米铅笔，笔头直径约1微米-2微米，然后在硅片衬底上“写”，“写”出来的石墨薄膜最薄就到了30层左右，并且出现了一些新的物理现象。
国内外研究进程
盖姆小组和张远波金必立小组制备石墨烯的方法，均可称之为“机械剥离法”，其缺点是可控性不怎么好，只能获得大小几百微米（十分之几毫米）的石墨烯，能够用来做实验、但还不能实际应用。
张远波告诉《上海国资》，除了“机械剥离法”，石墨烯还可以通过碳化硅(SiC）外延生长法和化学气相沉积法(CVD）、氧化还原石墨片法等获取。
碳化硅（SiC）外延生长法是将碳化硅（SiC）晶体在真空中加热到1100摄氏度以上，使其表面附近的硅原子全部蒸发，剩余的碳原子经重新排布，就能获得性质相当不错的石墨烯样品。化学气相沉积法则可以在金属表面上生长出石墨烯样品，虽然最大只有100微米，但已能适合某些应用产品需求了。
据张远波介绍，目前盖姆小组通过机械剥离法已经获得了1000微米以上的石墨烯，但他认为，这种方法用作实验可以，但要实现产业化较难。而碳化硅（SiC）外延生长法和化学气相沉积法（CVD）目前已有公司在进行产业化研究了。IBM公司用碳化硅（SiC）外延生长法生产的石墨烯，制作一种高频器件，可应用于通讯、遥控、环境监测等，最高截止频率已达300GHz。韩国三星公司则致力于获取大片单层、大面积的石墨烯，制成透明可弯曲的显示屏。
“高频器件还处于研究阶段，产业化日程较远；而透明可弯曲显示屏，三星公司已能制作，技术上已没有太多难题，目前的主要问题是如何降低成本以便实现产业化。”张远波告诉《上海国资》，用于透明可弯曲显示屏的石墨烯是目前最具产业化可能性的方向，“可能三四年内就见分晓”。
相比之下，国内的相关研究虽稍显落后，但追赶步伐正在加快。中科院8月8日宣布，微电子所已在国内首家公开报道，在SiC外延方法和CVD方法生长石墨烯上，制备出截止频率达GHz以上的晶圆级石墨烯电子器件。
在用SiC外延生长法制备2英寸晶圆级石墨烯方面，该所已开发出完整的具有自主知识产权的石墨烯双栅器件工艺流程，实现了晶圆级石墨烯电子器件的大规模制备。测试数据表明，器件整体性能达到GHz以上，最高截止频率达到4.6GHz，成品率达到90%以上。而在铜箔上采用化学气相淀积(CVD)方法制备大面积石墨烯材料方面，实现了晶圆级石墨烯电子器件的规模化制备。
测试数据显示，器件整体性能在500MHz以上，最高截止频率达到1.1GHz，成品率达到80%以上。这两项研究,为今后更深入地研究不同特征尺寸器件性能，为实现石墨烯集成电路提供了重要的基础。
产业化前景
由于石墨烯导电性能优于其他导体好几百倍，可以用来制造更加快速的计算机，制造比锂电池充电速度快几百倍的电池，真正让汽车完全使用电池。可以制造出可以弯曲的柔软性的薄薄的巨大尺寸的显示屏幕，也可以用于高效的太阳能电池。
作为高强度、高透光、高导电性的超薄超轻材料，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可能用石墨烯为原料。
相比之下，目前最具产业化前景的透明的可弯曲显示屏方向，石墨烯最有可能取代传统的透明导电材料。众所周知，目前很多电器都是用透明的导电材料作为电极的，电子表、计算器、电视机、液晶显示器、触摸屏、太阳能电池板等诸多设备，都无法离开透明电极的存在。而传统的透明电极用的是氧化铟锡（Indium Tin Oxide,简称ITO），这种材料本身缺乏柔韧性，又由于铟的价格昂贵、供应受限（据说地球上已探明的铟只够用几十年），很长时间以来，科学家们都在寻找其替代品。
张远波告诉《上海国资》，目前可被用作替代材料的，以石墨烯可能性为大，当然还有碳纳米管以及一些有机物。即使“ITO不被石墨烯取代，也会被其他材料所取代”。
但中科院微电子所侯继强认为，石墨烯离真正应用还有很长路要走，目前只是探索阶段，只能说是一个重大机遇，需要国际上的研究出现重大突破或者国内研究给予大资金的支持。总之，“从放大实验室结果，到进行中试，最终批量生产，需要突破很多难题”。
而在张远波看来，石墨烯用于透明可弯曲显示屏方向的产业化前景，可能三四年内就可见分晓。这方面国内已经落后一步。在实验室里里重复出三星等公司的科研成果并不太困难。但要真正产业化，需要追赶上国外的步伐，需要降低成本至比ITO更低。“实验室数据和规模化生产是两个纬度。石墨烯产业化需要投入大量的资本、时间和精力，需要企业仔细考量。我从科学试验的角度不太好说。”
常州2011.10.18日已经开始动作了，产业化投资一期10亿元。谁来掘金石墨烯? 常州武进是也！
谁来掘金石墨烯?
用于透明可弯曲显示屏的石墨烯是目前最具产业化可能性的方向，“可能三四年内就见分晓”
文‖上海国资记者孙玉敏
8月8日，中科院微电子所网站发布消息称：微电子所已在石墨烯电子器件研制上获得整体突破。
石墨烯，是近来比较风靡的一种新型纳米材料。它由单层的碳原子紧密排列成二维的蜂巢状六角格子，同金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管，还有无定形碳一样，是一种单纯由碳元素构成的物质（单质）。
因为特殊的结构，石墨烯是目前世界上最薄、也是最坚硬的纳米材料。它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，但其导热性能却比任何已知材料都要优秀；同时，导电性极强，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。因此，被期待发展成更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。这样一种新型材料，目前国内外研究进展情况如何，产业化前景如何？
石墨烯的获得
自从20世纪初，X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。但作为一种二维的六角结构体，石墨烯的获得可不容易。因为这样的二维材料难以稳定地单独存在，只有依附在三维的衬底表面或者像石墨等物质的内部。所以，尽管理论研究已经持续了近六十年，但直到2004年，安德烈.盖姆（Andre Geim ）和他的学生诺沃肖洛夫（Novoselov）通过实验，从石墨中剥离出单层的石墨烯，才真正获得了突破。
正因为这一发现，安德烈·盖姆和诺沃肖洛夫获得了2010年诺贝尔物理学奖。其速度之快，在诺奖历史记录上是不多见的。
更具有传奇色彩的是，此次获得石墨烯的方法,其实验工具竟然是随处可见的胶带纸。盖姆和诺沃肖洛夫，用超市就能买到的透明胶带，从一块高序热解石墨中剥离出了仅有一层碳原子厚度的石墨薄片——石墨烯。
2004年，盖姆和诺沃谢洛夫等人将这一发现的研究论文首次发表于美国《科学》杂志，2005年又在英国《自然》杂志发表了第二篇论文，介绍石墨烯的新物理特性。同一期的杂志上，还有一篇类似的论文，第一作者为张远波、通讯作者为金必立。这两篇论文引领了后来全球对石墨烯的研究。
张远波目前为复旦大学教授，发表论文时正在美国哥伦比亚大学读书，韩裔人金必立是其导师。从2002年开始，金必立和张远波小组开始石墨烯方面的研究，当时他们并不知道盖姆的小组也在做类似的事情。他们的方法是，做一个很小的石墨纳米铅笔，笔头直径约1微米-2微米，然后在硅片衬底上“写”，“写”出来的石墨薄膜最薄就到了30层左右，并且出现了一些新的物理现象。
国内外研究进程
盖姆小组和张远波金必立小组制备石墨烯的方法，均可称之为“机械剥离法”，其缺点是可控性不怎么好，只能获得大小几百微米（十分之几毫米）的石墨烯，能够用来做实验、但还不能实际应用。
张远波告诉《上海国资》，除了“机械剥离法”，石墨烯还可以通过碳化硅(SiC）外延生长法和化学气相沉积法(CVD）、氧化还原石墨片法等获取。
碳化硅（SiC）外延生长法是将碳化硅（SiC）晶体在真空中加热到1100摄氏度以上，使其表面附近的硅原子全部蒸发，剩余的碳原子经重新排布，就能获得性质相当不错的石墨烯样品。化学气相沉积法则可以在金属表面上生长出石墨烯样品，虽然最大只有100微米，但已能适合某些应用产品需求了。
据张远波介绍，目前盖姆小组通过机械剥离法已经获得了1000微米以上的石墨烯，但他认为，这种方法用作实验可以，但要实现产业化较难。而碳化硅（SiC）外延生长法和化学气相沉积法（CVD）目前已有公司在进行产业化研究了。IBM公司用碳化硅（SiC）外延生长法生产的石墨烯，制作一种高频器件，可应用于通讯、遥控、环境监测等，最高截止频率已达300GHz。韩国三星公司则致力于获取大片单层、大面积的石墨烯，制成透明可弯曲的显示屏。
“高频器件还处于研究阶段，产业化日程较远；而透明可弯曲显示屏，三星公司已能制作，技术上已没有太多难题，目前的主要问题是如何降低成本以便实现产业化。”张远波告诉《上海国资》，用于透明可弯曲显示屏的石墨烯是目前最具产业化可能性的方向，“可能三四年内就见分晓”。
相比之下，国内的相关研究虽稍显落后，但追赶步伐正在加快。中科院8月8日宣布，微电子所已在国内首家公开报道，在SiC外延方法和CVD方法生长石墨烯上，制备出截止频率达GHz以上的晶圆级石墨烯电子器件。
在用SiC外延生长法制备2英寸晶圆级石墨烯方面，该所已开发出完整的具有自主知识产权的石墨烯双栅器件工艺流程，实现了晶圆级石墨烯电子器件的大规模制备。测试数据表明，器件整体性能达到GHz以上，最高截止频率达到4.6GHz，成品率达到90%以上。而在铜箔上采用化学气相淀积(CVD)方法制备大面积石墨烯材料方面，实现了晶圆级石墨烯电子器件的规模化制备。
测试数据显示，器件整体性能在500MHz以上，最高截止频率达到1.1GHz，成品率达到80%以上。这两项研究,为今后更深入地研究不同特征尺寸器件性能，为实现石墨烯集成电路提供了重要的基础。
产业化前景
由于石墨烯导电性能优于其他导体好几百倍，可以用来制造更加快速的计算机，制造比锂电池充电速度快几百倍的电池，真正让汽车完全使用电池。可以制造出可以弯曲的柔软性的薄薄的巨大尺寸的显示屏幕，也可以用于高效的太阳能电池。
作为高强度、高透光、高导电性的超薄超轻材料，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可能用石墨烯为原料。
相比之下，目前最具产业化前景的透明的可弯曲显示屏方向，石墨烯最有可能取代传统的透明导电材料。众所周知，目前很多电器都是用透明的导电材料作为电极的，电子表、计算器、电视机、液晶显示器、触摸屏、太阳能电池板等诸多设备，都无法离开透明电极的存在。而传统的透明电极用的是氧化铟锡（Indium Tin Oxide,简称ITO），这种材料本身缺乏柔韧性，又由于铟的价格昂贵、供应受限（据说地球上已探明的铟只够用几十年），很长时间以来，科学家们都在寻找其替代品。
张远波告诉《上海国资》，目前可被用作替代材料的，以石墨烯可能性为大，当然还有碳纳米管以及一些有机物。即使“ITO不被石墨烯取代，也会被其他材料所取代”。
但中科院微电子所侯继强认为，石墨烯离真正应用还有很长路要走，目前只是探索阶段，只能说是一个重大机遇，需要国际上的研究出现重大突破或者国内研究给予大资金的支持。总之，“从放大实验室结果，到进行中试，最终批量生产，需要突破很多难题”。
而在张远波看来，石墨烯用于透明可弯曲显示屏方向的产业化前景，可能三四年内就可见分晓。这方面国内已经落后一步。在实验室里里重复出三星等公司的科研成果并不太困难。但要真正产业化，需要追赶上国外的步伐，需要降低成本至比ITO更低。“实验室数据和规模化生产是两个纬度。石墨烯产业化需要投入大量的资本、时间和精力，需要企业仔细考量。我从科学试验的角度不太好说。”
常州2011.10.18日已经开始动作了，产业化投资一期10亿元。谁来掘金石墨烯? 常州武进是也！