神奇材料-石墨烯

神奇材料-石墨烯

ID:25786381

大?。?50.68 KB

頁數(shù):11頁

時(shí)間:2018-11-22

神奇材料-石墨烯_第1頁
神奇材料-石墨烯_第2頁
神奇材料-石墨烯_第3頁
神奇材料-石墨烯_第4頁
神奇材料-石墨烯_第5頁
資源描述:

《神奇材料-石墨烯》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫

1、“神奇材料”石墨烯(一):進(jìn)入實(shí)用化競爭階段,應(yīng)用例不斷出現(xiàn)2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)由成功分離石墨烯的研究人員獲得。石墨烯具備很多超越單層石墨的特殊性質(zhì)。旨在應(yīng)用石墨烯的研發(fā)機(jī)會(huì)也在全球范圍內(nèi)急劇增加。石墨烯或?qū)⒊蔀榭蓪?shí)現(xiàn)高速晶體管、高靈敏度傳感器、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽能電池等多種新一代器件的核心材料。(照片:(a)LBNL,(b)富士通,(c)產(chǎn)綜研,(d,e)曼徹斯特大學(xué))“神仙創(chuàng)造的材料”。日本企業(yè)的一名技術(shù)人員如此形容單層石墨碳材料“石墨烯”。這是因?yàn)槭┰诤芏喾矫婢邆涑浆F(xiàn)有材料的特性(圖1)。石墨烯的出現(xiàn),有望從構(gòu)造材料到用于電子器件的

2、功能性材料等廣泛領(lǐng)域引發(fā)材料革命。圖1:“神奇材料”石墨烯的特點(diǎn)石墨烯所具備的“最強(qiáng)性質(zhì)”(a),以及其他材料所不具備的“獨(dú)特性質(zhì)”(b)。能夠承載汽車的吊床單層石墨烯的厚度非常薄,只有一個(gè)碳原子厚,約為0.34nm。但強(qiáng)度卻與金剛石相當(dāng),非常堅(jiān)硬。瑞典皇家科學(xué)院(RoyalSwedishAcademyofSciences)在發(fā)表2010年物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)曾這樣比喻其強(qiáng)度,“利用單層石墨烯制作的吊床可以承載一只4kg的兔子”。還有估算顯示,如果重疊石墨烯薄片,使其厚度與食品保鮮膜相同的話,便可承載2噸重的汽車。石墨烯用作電子器件材料會(huì)帶來更大效果。單層石墨烯中的電子與空穴

3、(Hole)載流子遷移率有望在室溫下最大達(dá)到硅(Si)的100倍即20萬cm2/Vs。這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往被認(rèn)為載流子遷移率最大為7.7萬cm2/Vs的銻化銦(InSb)。而石墨烯室溫下的電阻值卻只有銅(Cu)的2/3。人們還發(fā)現(xiàn),石墨烯可耐受1億~2億A/cm2的電流密度,這是銅耐受量的100倍左右。載流子遷移速度很快,可達(dá)到光的1/300。傳熱率與金剛石相當(dāng),再加上其薄片形狀,所以石墨烯作為劃時(shí)代的散熱材料備受期待。有望實(shí)現(xiàn)超高速FET及激光器許多研究機(jī)構(gòu)及廠商已開始以具備多項(xiàng)穿透特性的單層石墨烯為對(duì)象,研發(fā)新一代器件的實(shí)用化(圖2)。主要開發(fā)對(duì)象之一是利用石墨

4、烯的高載流子遷移率及高遷移速度制作的THz頻率的晶體管。理論上估計(jì)其工作頻率可達(dá)到10THz。圖2:應(yīng)用領(lǐng)域從原子尺寸擴(kuò)大到宇宙石墨烯的用途分為特殊尺寸用途,電子器件用途及構(gòu)造體用途。部分用途與CNT重疊。美國IBM與韓國三星尖端技術(shù)研究所(SAIT)分別在2010年12月舉行的半導(dǎo)體制造技術(shù)相關(guān)國際會(huì)議“2010IEEEInternationalElectronDevicesMeeting(IEDM2010)”上發(fā)布了通道層使用石墨烯的高速動(dòng)作型RF電路用FET(電場效應(yīng)晶體管)。IBM的石墨烯FET的最大截止頻率高達(dá)240GHz。另外,美國加州大學(xué)洛杉磯分校(U

5、CLA)已于2010年9月發(fā)布截止頻率達(dá)到300GHz的石墨烯FET。要超越截止頻率達(dá)到600GHz以上的化合物半導(dǎo)體HEMT(高電子遷移率晶體管),兩公司發(fā)布的石墨烯FET的性能還無法充分滿足要求。不過,IBM的石墨烯FET的截止頻率提高得很快,2008年12月只有26GHz,2009年6月達(dá)到50GHz,2010年2月提高至100GHz,此次則達(dá)到了240GHz。在不久的將來,石墨烯FET的性能很可能會(huì)達(dá)到甚至超過HEMT的同等水平。石墨烯還能用來制造激光元件。日本東北大學(xué)電氣通信研究所教授尾辻泰一的研究小組,目前正以利用石墨烯開發(fā)超高輸出功率的超短脈沖激光元件

6、為目標(biāo)推進(jìn)相關(guān)研究。據(jù)該大學(xué)介紹,其關(guān)注點(diǎn)是,石墨烯采用電子與正孔對(duì)稱的能帶構(gòu)造,而且具備容易實(shí)現(xiàn)較大載流子密度的性質(zhì)。優(yōu)先推進(jìn)微細(xì)化不過,目前已實(shí)用化的絕大部分石墨烯FET為放大器及高靈敏度氣體傳感器元件等RF電路用FET。邏輯電路用FET尚未面世。這是因?yàn)閱螌邮]有帶隙(BandGap)。沒有帶隙的話,就無法充分實(shí)現(xiàn)邏輯電路必須的晶體管“關(guān)斷(SwitchOff)”功能。但最近解決這一問題的線索開始浮出水面。日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)國際納米結(jié)構(gòu)研究基地主任研究員塚越一仁,為了將石墨烯FET用作邏輯電路,目前正在研究打開帶隙的條件。塚越表示,“如果硅也能進(jìn)一步微細(xì)

7、化,那么通道層最終會(huì)實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的厚度。盡管還不清楚是什么原子,但原子薄片——石墨烯的研究成果屆時(shí)會(huì)成為重要的參考依據(jù)”。觸摸面板試制品不斷面世除了高速高靈敏度器件之外,透明導(dǎo)電膜也是最接近實(shí)用化的的應(yīng)用例。設(shè)想作為目前普遍使用的ITO的替代材料,用于觸摸面板、柔性液晶面板、太陽能電池及有機(jī)EL照明等。試制品也接二連三地面世。透明導(dǎo)電膜這一用途備受期待的原因在于,石墨烯具備較高的載流子遷移率且厚度較薄。一般來說,高透明性與高導(dǎo)電性是互為相反的性質(zhì)。從這一點(diǎn)來看,ITO正好處在透明性與導(dǎo)電性微妙的此消彼長(Trade-off)關(guān)系的邊緣線上(圖3)。這也是超越IT

當(dāng)前文檔最多預(yù)覽五頁,下載文檔查看全文

此文檔下載收益歸作者所有

當(dāng)前文檔最多預(yù)覽五頁,下載文檔查看全文
溫馨提示:
1. 部分包含數(shù)學(xué)公式或PPT動(dòng)畫的文件,查看預(yù)覽時(shí)可能會(huì)顯示錯(cuò)亂或異常,文件下載后無此問題,請(qǐng)放心下載。
2. 本文檔由用戶上傳,版權(quán)歸屬用戶,天天文庫負(fù)責(zé)整理代發(fā)布。如果您對(duì)本文檔版權(quán)有爭議請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系客服。
3. 下載前請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔內(nèi)容,確認(rèn)文檔內(nèi)容符合您的需求后進(jìn)行下載,若出現(xiàn)內(nèi)容與標(biāo)題不符可向本站投訴處理。
4. 下載文檔時(shí)可能由于網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)等原因無法下載或下載錯(cuò)誤,付費(fèi)完成后未能成功下載的用戶請(qǐng)聯(lián)系客服處理。