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要实现的技术革命石墨烯旗舰项目的全球前景 发布者:超级管理员发布时间:2014-01-13 09: 56: 00浏览: TR 石墨烯令人眼花缭乱的优势使人们期待技术革命,但科学家必须在花费10亿欧元的同时突破一些瓶颈。

石墨烯可以创建灵活,透明的智能手机屏幕。 图片来源:BYUNG HEE HONG 欧盟委员会于今年1月批准了石墨烯旗舰项目。此前,石墨烯研究已成为世界上最大的材料研究项目,共有来自欧洲17个国家的数百名科学家。在旗舰项目于11月25日提交了进一步的项目提案后,石墨烯研究将进一步扩大。 石墨烯是人类制造的最薄的物质:薄的碳原子呈六角形蜂窝状,坚硬如钻石,其强度是铁的数百倍。但与此同时,它非常灵活,甚至可扩展。石墨烯用于在室内环境中以超过任何已知材料的速度传输电流。此外,它可将任何波长的光转换为稳定的光流。自从10年前石墨烯首次被分离以来,研究人员已经提出了各种有关其潜在用途的想法。——从更快的计算机芯片到更灵活的触摸屏,再到高效的太阳能电池和海水淡化膜。 然而,为了充分掌握石墨烯的性质并将其应用于实际应用,研究人员仍然面临着巨大的挑战。大石墨烯的制造过程复杂且昂贵,经常导致碳原子破裂或撕裂,并且与实验室中石墨烯的完美比例无法比较。即使有质量,也没有先进的工业手段来使石墨烯如此薄,并且没有技术将其与其他物质结合以生产有用的产品。此外,它还有一个最大的弱点:尽管石墨烯中的电子极其流动,但其他性质决定了石墨烯根本不适合开关活动,这是数字电子技术的核心要求。因此,业界已提出石墨烯的技术创新。这个想法最初是在2011年提出的,旨在推动许多国家推广的“石墨烯旗舰技术”项目。该项目持续10年,总投资额为10亿欧元(约合13.5亿美元)。欧洲国家共同努力将石墨烯从实验室引向工业部门。此外,为了弥补石墨烯的缺陷,该旗舰项目还将研究12种以上的原子超薄材料,与石墨烯配合使用。 剑桥大学石墨烯中心主任兼旗舰项目执行委员会主席安德里亚·法拉利说:“新注入的金钱和能源刺激了整个石墨烯研究界。以前从未有如此大规模的研究活动“。 人多误事? 但有些人质疑该项目是否过大。这种跨学术和产业合作不可避免地受到官僚机构的约束。这是促进技术创新的最有效方式吗? 位于纽约约克镇的美国国际商业机器公司(IBM)Thomas Watson研究中心的石墨烯和纳米技术专家Phaedon Avouris说:“这种方法并没有真正推动产品创新。”此外,涉及的一些项目研究人员担心,在未来几年内,政治权力将压倒应该位居榜首的

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活动,并控制分散的资金来源。 然而,由于对旗舰项目的未来充满信心,包括诺基亚和空中客车在内的政府和行业合作伙伴将共同提供该项目所需资金的一半,而欧盟委员会将提供另一半资金。该旗舰项目负责人Jari Kinaret表示:“我希望10年后,基于石墨烯或其他薄层材料的科学将成为主流。就像我们现在将聚合物,半导体技术和陶瓷应用于生活一样。石墨烯将有一天会是一样的。“ 该旗舰项目分为16个研究内容,其中大部分内容侧重于改善石墨烯在现实生活中的应用,如高频电子,传感器和储能。在项目启动阶段投资5400万欧元后,该项目的进一步研究计划总价值为900万欧元。预计到2016年底将开发出第一批技术原型。产业行动 该旗舰项目的进展与其他行业合作伙伴的合作密不可分,如石墨烯,西班牙圣塞巴斯蒂安,目前每年生产15平方米的石墨烯。此外,该旗舰项目的成功启动得益于与Bluestone Global Technology Corporation于9月达成的协议。该公司总部位于纽约Wupping Nine Falls,之前没有生产石墨烯的经验。该公司将在英国曼彻斯特开设一家工作室,并提前建立石墨烯顺利生产设施,这是英国石墨烯生产领域的一项重大举措。今年,该公司成功地使用氢气泡沫将大片单片石墨烯与铜片分离而不会引起腐蚀,增加石墨烯的产量并降低生产成本。 然而,诺基亚传感器和材料研究主管兼旗舰项目咨询委员会成员Tapani Ryhanen表示:“尽管Bluestone的努力,石墨烯的生产仍然非常复杂,而且很难添加石墨烯。基质。“该项目的目的是改进化学气相沉积(CVD)工艺并改进替代生产方法。 此外,问题是如何将新烘焙的石墨烯从催化箔转移到新的基材上。例如,当石墨烯放置在硅晶片上时,晶片会起皱。一种解决方案是直接在基板上制造石墨烯或将石墨烯放置在其他更坚固,更保护的单层膜上,例如氮化硼。该方法已于今年早些时候开始小规模尝试。 德克萨斯大学奥斯汀分校的Rod Ruoff领导了改进CVD制造方法的工作。他认为,降低石墨烯生产成本并使其成为主流材料的最佳方法是如何实现大规模生产高质量单层的工业化。该旗舰项目将研究化学处理方法,超声波振动等技术手段,但要找到实用的生产方法还有很长的路要走。鲁夫说:“我们需要彻底的突破。” 尽管制造业面临许多挑战,但有人指出石墨烯已经对市场产生了影响。例如,其中组合多个单层的多层石墨烯可用于加强网球拍。此外,多层石墨烯可以形成导电环,其用于马里兰州Jessup的Walbeck Materials的防盗包装。致命缺陷 然而,在数字电子领域,石墨烯最突出的优势已成为其最致命的缺点。原则上,石墨烯内部电子的极高迁移率使其能够以非常高的速率处理数据。一些石墨烯器件的数据处理速度高达400 GHz,是硅器件的数倍。然而,由于石墨烯电子之间缺乏带隙,一旦开始传输数据就很难关闭数据,这严重阻碍了逻辑运算,因为逻辑运算的所有问题都是开放和封闭的。如果将其他材料掺杂到石墨烯中或者将石墨烯切割成窄条带以形成窄带隙,则这将降低电子的流速。因此,研究人员正试图调和石墨烯的电学性质,例如将石墨烯与其他单层材料(如氮化硼)结合,或者使用二硫化钼和硒化钨作为材料。 然而,伦敦Cientifica Technologies公司的Tim Harper认为,在石墨烯取代硅电子产品之前,还有很长的路要走。哈珀说:“除非有充分的理由,否则没有人会放弃硅片。”最近,石墨烯晶体管的最大卖点可能是它能够在多个电压下工作,而不是它能够打开或关闭它。石墨烯的应用范围包括用于检测环境污染或血氧水平的传感器,以及手机内的信号发射器和接收器。 美国眼健康公司的Daniel Neumaier主持了一项关于高频电子的研究项目,这是该旗舰项目的子项目之一。他的目标是设计一个技术原型,以证明石墨烯在30个月后推出后的潜力。 Neumaier说:“我们目前对此抱有很高的期望。” 此外,正如一些研究人员所关注的那样,作为欧洲最高水平的科研项目,石墨烯旗舰项目需要谨慎航行,以免在危机的政治水域中袭击珊瑚礁。(段歆涔)   《中国科学报》(2013-11-27第3版国际)