半导体行业的神奇材料石墨烯

上个世纪，它还不存在；这个世纪，它已炙手可热。超级电容、柔性屏幕、可穿戴、夜视隐形眼镜……这些都有可能被它实现。它是谁？它叫石墨烯。

在电子领域，石墨烯被认为是硅的接班人。随着研究的不断深入，技术难题的接连攻克，应用范围也在不断拓宽，相信石墨烯器件时代已为期不远，现在也可以期待一下这一“21世纪的神奇材料”会带来怎样的惊喜。

•石墨烯是什么

    石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。

    石墨烯目前是世上最薄却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，导热系数高达5300 W/m•K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000
cm2/V•s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω•cm，比铜或银更低，为目前
世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发
展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

•石墨烯能用来做什么

石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 万纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；此外，石墨烯是世界上导电性最好的材料。石墨烯的应用范围广阔，根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

    安德烈•海姆，荷兰籍，1958年出生于俄罗斯的索契，1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位，英国曼彻斯特大学介观科学与纳米技术中心主任，曼彻斯特大学物理学教授及皇家学会2010周年纪念研究教授。

     康斯坦丁•诺沃肖洛夫，具有英国和俄罗斯双重国籍，1974年出生于俄罗斯的下塔吉尔。2004年诺沃肖洛夫在荷兰奈梅亨大学获得博士学位，英国曼彻斯特大学教授及皇家学会研究员。获得诺贝尔奖时年仅36岁，成为诺奖历史上最年轻的获奖者之一。