石墨烯技術(shù)成就半導體的四大金剛

石墨烯，被公認為21世紀的“未來材料”和“革命性材料”。是目前發(fā)現(xiàn)的硬度最高、韌性最強的納米材料，在電子學、光學、磁學、生物醫(yī)學、催化、儲能和傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

世界各國紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)研發(fā)作為長期戰(zhàn)略予以重點關(guān)注。其應(yīng)用技術(shù)研究布局熱點包括：石墨烯用作鋰離子電池電極材料、太陽能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導體器件、透明顯示觸摸屏等。上�？萍及l(fā)展研究中心近日發(fā)布的報告稱，從石墨烯專*領(lǐng)域分布來看，四大領(lǐng)域?qū)⒊蔀槠鋺?yīng)用研發(fā)熱點。

一是傳感器領(lǐng)域。主要用于氣體、生物小分子、酶和DNA電化學傳感器的制作。新加坡南洋理工大學開發(fā)出了敏感度是普通傳感器1000倍的石墨烯光傳感器；美國倫斯勒理工學院研制出性能遠超現(xiàn)有商用氣體傳感器的廉價石墨烯海綿傳感器。

二是儲能和新型顯示領(lǐng)域。石墨烯被認為是觸摸屏制造中最有潛力替代氧化銦錫的材料，三星、索尼、輝銳、3M、東麗、東芝等龍頭企業(yè)均在此領(lǐng)域作了重點研發(fā)布局。美國德州大學奧斯汀分校研究人員利用KOH對石墨烯進行化學修飾重構(gòu)形成多孔結(jié)構(gòu)，得到的超級電容的儲能密度接近鉛酸電池。密歇根理工大學科學家研發(fā)出一種獨特蜂巢狀結(jié)構(gòu)的三維石墨烯電極，光電轉(zhuǎn)換效率達到7.8%，且價格低廉，有望取代鉑在太陽能電池中的應(yīng)用。

三是半導體材料領(lǐng)域。石墨烯被認為是替代硅的理想材料，大量有實力的企業(yè)均開展了石墨烯半導體器件的研發(fā)。美國哥倫比亞大學研發(fā)出石墨烯-硅光電混合芯片，在光互連和低功率光子集成電路領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。IBM的研究人員開發(fā)出了石墨烯場效應(yīng)晶體管，其截止頻率可達100GHz。

四是生物醫(yī)學領(lǐng)域。以石墨烯為基層的生物裝置或生物傳感器可以用于細菌分析、DNA和蛋白質(zhì)檢測。如美國賓夕法尼亞大學開發(fā)的石墨烯納米孔設(shè)備可以快速完成DNA測序。

隨著石墨烯制備技術(shù)的逐步成熟和應(yīng)用研發(fā)的逐步擴展，在各國政府和企業(yè)的大力推動下，研發(fā)成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。截至目前，相當數(shù)量的研發(fā)項目已順利完成并進入商業(yè)化準備期，石墨烯產(chǎn)業(yè)有望進入井噴式發(fā)展期。

各國政府紛紛亮出“商業(yè)化時間表”。如，美國“俄亥俄州研究商業(yè)化資助項目(ORCGP)”開展鋰離子電池納米石墨烯復合電極的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，依據(jù)商業(yè)化進程設(shè)定項目研究計劃；日本東北大學石墨烯合成項目組制定了詳細的研究與產(chǎn)業(yè)化計劃，在技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上力爭到2014年開發(fā)出樣品，并于2017年開發(fā)出產(chǎn)品制造設(shè)備；韓國宣布未來6年將投入4230萬美元，整合國內(nèi)研究力量以協(xié)助企業(yè)的石墨烯應(yīng)用技術(shù)商業(yè)化，并希望借此打造每年17萬億韓元的市場。