前不久,任正非在接受媒體采訪時(shí)聲稱,未來(lái)10至20年內(nèi)會(huì)爆發(fā)一場(chǎng)技術(shù)革命,“我認(rèn)為這個(gè)時(shí)代將來(lái)最大的顛覆,是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代”,“現(xiàn)在芯片有極限寬度,硅的極限是七納米,已經(jīng)臨近邊界了,石墨是技術(shù)革命前沿”。這里提到的石墨烯,究竟是何方神圣?它真的能帶來(lái)顛覆嗎?
掃描電鏡下的石墨烯,顯示出其碳原子組成的六邊形結(jié)構(gòu)。
石墨烯——一種只有一個(gè)原子厚的二維碳膜——的確是種令人驚訝的材料。雖然名字里帶有石墨二字,但它既不依賴石墨儲(chǔ)量也完全不是石墨的特性:石墨烯導(dǎo)電性強(qiáng)、可彎折、機(jī)械強(qiáng)度好,看起來(lái)頗有未來(lái)神奇材料的風(fēng)范。如果再把它的潛在用途開(kāi)個(gè)清單——保護(hù)涂層,透明可彎折電子元件,超大容量電容器,等等——那簡(jiǎn)直是改變世界的發(fā)明。連2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)都授予了它呢!
但它誕生至今都十年了,我的透明手機(jī)在哪呢?
其實(shí)就在2012年,因石墨烯而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)和他的同事曾經(jīng)在《自然》上發(fā)表文章討論石墨烯的未來(lái),兩年來(lái)的發(fā)展也基本證明了他們的預(yù)測(cè)。他認(rèn)為作為一種材料,石墨烯“前途是光明的、道路是曲折的”,雖然將來(lái)它也許能發(fā)揮重大作用,但是在克服幾個(gè)重大困難之前,這一場(chǎng)景還不會(huì)到來(lái)。更重要的是,考慮到產(chǎn)業(yè)更新的巨大成本,石墨烯的好處可能不足以讓它簡(jiǎn)單地取代現(xiàn)有的設(shè)備——它的真正前景,或許在于為它的獨(dú)到特性量身定做的全新應(yīng)用場(chǎng)合。
石墨烯到底是什么?
石墨烯是人們發(fā)現(xiàn)的第一種由單層原子構(gòu)成的材料。碳原子之間相互連接成六角網(wǎng)格。鉛筆里用的石墨就相當(dāng)于無(wú)數(shù)層石墨烯疊在一起,而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。
石墨、石墨烯、碳納米管和球烯之間的關(guān)系。
由于碳原子之間化學(xué)鍵的特性,石墨烯很頑強(qiáng):可以彎曲到很大角度而不斷裂,還能抵抗很高的壓力。而因?yàn)橹挥幸粚釉?,電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上,為它帶來(lái)了全新的電學(xué)屬性。石墨烯在可見(jiàn)光下透明,但不透氣。這些特征使得它非常適合作為保護(hù)層和透明電子產(chǎn)品的原料。
但是適合歸適合,真的做出來(lái)還沒(méi)那么快。
問(wèn)題之一:制備方式。
許多項(xiàng)研究向我們展示了石墨烯的驚人特征,但有一個(gè)陷阱。這些美妙的特性對(duì)樣品質(zhì)量要求非常高。要想獲得電學(xué)和機(jī)械性能都最佳的石墨烯樣品,需要最費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)的手段:機(jī)械剝離法——用膠帶粘到石墨上,手工把石墨烯剝下來(lái)。
別笑,2004年諾沃肖洛夫他們就是這么制備出石墨烯的。