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石墨烯应用多元或掀移动产业革新 日期:2015/5/18查看:2880
    科学家和产业专家认为,石墨烯具颠覆整个移动市场的潜能,应用多元。未来可望出现可弯曲、透明的电脑荧幕,用低成本石墨烯薄膜淡化海水,制造低成本、高效能太阳能板,或研发出数分钟内充饱电的高效能轻薄电池等。不过专家也提醒,石墨烯技术仍在初步研发阶段,许多相关技术还不能商业化量产使用。

    石墨烯专家Roni Peleg指出,石墨烯(graphene)是蜂窝晶格的二维(2D)碳原子,厚度仅1个碳原子,硬度却是钢铁的200倍,导电性也是矽的100倍,是目前所知最佳导电和导热材料,且具卓越光学属性。

    石墨烯目前价位偏高,不过生产技术改进后,未来预计生产成本可降低,因其原料是自然界中广泛存在的碳原子。

    石墨烯未来可望大幅应用至移动装置。高效能的石墨烯电池可在几分钟内充饱电,并比传统锂离子电池更持久。此外,石墨烯也可用于制作移动装置的复合体材料,降低装置体积并减轻其重量,又能用于制造有弹性、透明的触控式荧幕,甚至做出超越矽芯片速度的极小芯片。

    石墨烯亦可望掀起电池产业革命。2015年稍早,美国科技公司XG Sciences展示新一代矽石墨烯阳极材料制成的锂离子电池。这款新型电池的电容量是一般电池的4倍,第一次循环效能可达85~90%,且电池寿命是上一代电池的2倍。

    诺基亚(Nokia)也投入石墨烯电池研究,其专利自动充电石墨烯基光子电池,可印刷在软性基板(flexible substrates)上,而且在放电后,能立即用湿空气自动充电。美国Graphene 3D Lab甚至提出3D列印石墨烯电池的概念,可根据移动装置外型客制化电池的外观与大小。不过,石墨烯电池仍在实验开发阶段,保守估计至少2年内不会量产上市。

    西班牙Graphenea公司研究发现,于氧化铝陶瓷加入石墨烯,可减少断裂机率50%,提升导电性至1亿倍。Graphenea认为,此方法也可应用在碳化矽(silicon carbide)、氮化矽(silicon nitride)、二氧化钛(titania)、以及二氧化锆(zirconia)等材质上。

    明尼苏达大学(University of Minnesota)与夏威夷公司Adama Materials共同研究出一种耐久的石墨烯塑胶聚合物,研究者表示,在塑胶内加入微量石墨烯,便可增强塑胶硬度2.5倍。目前在运动用品中已可见到石墨烯材质应用,像是轻薄却硬度高的滑雪器具、脚踏车轮胎、安全帽等等,Peleg认为,石墨烯技术应用于移动装置材质只是迟早的事情。

    此外,目前市面上触控式荧幕多采铟锡氧化物(ITO)为主的透明导电体技术。不过,ITO不适用于弹性显示介面且价格昂贵,而石墨烯便是目前最有潜力的应用技术。

    相较于银材质,石墨烯的光学特质更适合显示技术。大陆辉锐科技正在研发石墨烯触控式变形荧幕,用于移动装置。辉锐科技表示,石墨烯比ITO更便宜、更强韧,公司预计未来3年将投资1.5亿美元发展此技术。

    大陆重庆墨希科技,也正打造15吋单层石墨烯薄膜的生产线,预计很快进入量产阶段,目前也和东莞正扬电子机械有限公司签约,计划未来5年每年将生产1,000万个石墨烯透明导电膜(transparent conducting films;TCF),作为移动装置的触控式荧幕材料。

    Peleg指出,石墨烯有潜力取代矽,成为下一代芯片与电子产品的原料。石墨烯体积微小且具极佳导电性,石墨烯芯片的处理速度较矽芯片快上许多,且效能更佳。

    不过,石墨烯芯片技术目前仍在起步阶段,距量产仍有一段距离。英特尔正着手石墨烯电晶体,而报告指出离技术成熟阶段仍有多年。IBM则预计在接下来5年,投注30亿美元研发下一代芯片,希望找到取代矽材质的技术解决方案。
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