石墨烯是下一个硅吗

石墨烯是下一个硅吗
来源：东莞市捷诚石墨制品有限公司 发布时间：2018-12-08 点击次数：826


硅是一种神奇的元素：它无处不在，价格便宜，易于与其他材料匹配，是优良的绝缘体，在正常处理中无毒（这里我们不讨论二氧化硅粉尘）。观点：它可以用作集成电路的基板（虽然有新的替代品，如GaAs，但是在可预见的将来它仍然是硅的世界），作为压电材料产生正负压电效应，以及作为微机电系统（MEMS）。在电子、先进机械、电化学和生化传感器等领域，我们经常读到硅基元件和结构如何引领创新。

现在还有另一种具有类硅性能的材料：石墨烯。和硅一样，它基于单一富元素（碳）并具有相似的材料优势（当然不像硅，它具有高导电性）。用于电子、机械和化学应用。它们可用作电刷触头、轴承材料、生物引诱剂和润滑剂。我们还知道另一种形式的碳是巴克明斯特富勒烯（足球烯烃，一种具有60个碳原子的足球形分子），当然还有钻石。

那么什么是石墨烯呢简而言之，它是一层碳原子，紧密结合在六角形蜂窝晶格中。它是由曼彻斯特大学的物理学家康斯坦丁·谢尔盖耶维奇·诺沃塞洛夫爵士和安德烈·康斯坦丁汉姆爵士在本世纪初分析和制造的。他们还赢得了诺贝尔奖。l 2010年物理学奖。石墨具有非凡的机械性能，包括非常高的比强度。

但是它的应用范围超出了结构材料或部件的范围。它被广泛使用，包括电池电极、光学传感器，甚至电光材料。最近的几个应用实例可以清楚地说明这一点：

作为传感器：由加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院（UCLA）能源部支持的一个研究小组正在开发一种利用石墨烯以及金和半导体加工技术显著改进的光电探测器。窄带/高灵敏度或宽带/低灵敏度探测器之间的权衡。它可以工作在宽光谱范围（从可见光到红外），并且具有从0.6A/W（0.8m波长）到11.5A/W（20m波长）的响应范围。

图1：UCLA工程师开发的光电探测器示意图显示了石墨烯纳米条（六角形结构）和光源（粉色圆柱体）上的金梳状纳米图案。

可清洗电路材料：由爱荷华州立大学领导的一个研究小组将石墨烯与先进的激光加工技术相结合，开发出一种低成本、柔性、高导电性和防水的电路。他们使用喷墨打印机沉积石墨烯，然后使用快速脉冲激光技术处理。石墨烯。即使印刷表面是纸或超薄聚合物，也不会损坏，从而将石墨烯印刷电路从保持水滴(亲水性)的特性转变为排斥水(超疏水性)。Ne电路的直接脉冲激光写入

图2：直接脉冲激光写入工艺（上对）和（下对）前后石墨烯表面图案和润湿性接触角的比较。

作为高速电光调制器：哥伦比亚大学的研究人员正在使用硅基石墨烯来集成光学相位延迟元件，该元件可嵌入波导中，用作具有低插入和高折射率特性的静电可调谐调制器。利用石墨烯实现硅光电器件中的Low Power Optical相控阵。

图3：石墨烯的电光特性。（a）理论吸收率和折射率（I区高吸收率和II区低吸收率）随本征石墨烯的费米能级而变化。（b）所构建器件的光学显微照片（干涉仪臂的伪影）(c)器件的横截面显示石墨烯-HfO 2-石墨烯电容器在Si3N4波导上。

作为人体器官的替代品：清华大学的一个研究小组开发了一个基于激光诱导石墨烯(LIG)的智能人工喉。这种智能装置可以单个单元检测和产生声音。生物相容的人工喉附着在喉部以产生识别。声音和可控的声音。集成声学器件可以根据石墨烯的热声效应产生声音，并根据其压阻效应检测声音。

图4：(a)人工喉的工作流程；(b)测试者佩戴LIG人工喉(1厘米尺度)；(c)LIG喉检测高、低和纤细的音调，并分别转换成高音量1kHz、低音量10kHz和低音量5kHz的声音；(d)高音量10kHz的语音放大；(e)low音量10kHz语音放大；（e）低音量10kHz语音放大；（e）低音量10kHz语音放大。kHz声音放大波；（f）5kHz低音量声音放大波。（来源：清华大学）

这些研究将引领我们走向何方仍然是一个无法回答的问题，至少目前还没有。毋庸置疑，创新往往在很大程度上依赖于超纯的、可理解的新材料，从硅到磁盘涂层，再到聚合物和高度精炼的金属。1959年在加利福尼亚理工学院召开的美国物理学会会议上，他提出了一个很好的观点：底部空间很大：邀请人们进入新物理学领域。科学的。

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