從機殼到芯片，“全碳化”競爭拉開帷幕

不少觀點都認為，碳納米管及石墨烯等各種碳類材料將取代現(xiàn)有材料、比如硅，成為電子領域的主角。

硅作為半導體材料，其性能并不高，也曾數(shù)度出現(xiàn)過可與之競爭的候補材料，但硅材料總能憑借某些因素而勝出。不過，硅材料也正在接近其真正的極限。最有望成為硅的替代材料的，就是CNT、石墨烯等碳材料。

這些碳材料的特點非常多，很難用一句話表達，但簡單概括地說，就是在眾多電子/半導體材料中最細（或最?。抑亓枯p、牢固、容易導熱、電子容易遷移。另外，將來還可能會增加的特點是材料采購及提煉成本比硅便宜得多。基于這些特點，在不久的將來就能實現(xiàn)以低成本制造出輕便、柔軟、結(jié)實、性能超強、靈敏度極高的器件和電子設備。各種交通工具和電子產(chǎn)品將不斷“全碳化”，從機殼開始逐漸都換成碳材料。10年以后，就連高性能微處理器都有可能“碳化”。

這股潮流已經(jīng)開始。因向波音787客機提供碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）等而廣為人知的東麗宣布，將于2014年開始銷售采用雙層CNT的觸摸面板。另外，該公司已在柔性基板上試制出了采用單層CNT的薄膜晶體管（CNT-TFT）。采用印刷技術在柔性基板上制作的TFT的性能非常高。東麗計劃在2016年前后實現(xiàn)這種CNT-TFT的實用化。

1991年發(fā)現(xiàn)的CNT之所以在最近突然加快了實用化進程，是因為制造技術有了飛速發(fā)展。高純度單層CNT的量產(chǎn)技術基本已經(jīng)確立，并且已經(jīng)可以按照金屬型和半導體型等差異進行分離。東麗的高性能CNT-TFT也采用了這種分離技術。

可與東麗的TFT匹敵的技術開發(fā)項目僅在日本就有很多個。并且，不僅是日本，現(xiàn)在全球都在參與碳器件的開發(fā)競爭。有意思的是，各國和地區(qū)關注的碳材料的種類并不相同。

比如，美國致力于使用CNT的研究，而歐洲專注于石墨烯的實用化，預計歐盟在十年中將向該領域投入大約10億歐元的研發(fā)費用。韓國也非常熱衷于石墨烯的研究。

中國則在CNT和石墨烯兩方面推進研發(fā)和實用化。首先實現(xiàn)作為CNT電子材料的觸摸面板的實用化的也是中國企業(yè)。雖然不知道總投資額是多少，但肯定投入了相當多的研發(fā)費用。在碳材料的納米技術方面，中國處于全球領先地位。

而日本在碳器件的實用化技術方面就相對落后。有幾項調(diào)查都表明，擁有石墨烯相關專利數(shù)量最多的是中國，其次是美國和韓國。CNT方面也是如此，就在4～5年前，日本還僅次于美國，排在第二位，如今已經(jīng)降到了第四甚至更低。

在多種研發(fā)中，日本在全球的影響力都在下降，在這場碳器件實用化競爭中落后可能會導致日本在今后幾十年的高科技競爭中都無法翻身。值得慶幸的是，日本在研究方面依然保持高水準。今后幾年的較量將決定成敗。