石墨烯應(yīng)用多元 有望取代ITO掀移動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革

 科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)專家認(rèn)為，石墨烯具顛覆整個(gè)移動(dòng)市場(chǎng)的潛能，應(yīng)用多元。未來可望出現(xiàn)可彎曲、透明的電腦熒幕，用低成本石墨烯薄膜淡化海水，制造低成本、高效能太陽能板，或研發(fā)出數(shù)分鐘內(nèi)充飽電的高效能輕薄電池等。不過專家也提醒，石墨烯技術(shù)仍在初步研發(fā)階段，許多相關(guān)技術(shù)還不能商業(yè)化量產(chǎn)使用。

石墨烯專家Roni Peleg指出，石墨烯(graphene)是蜂窩晶格的二維(2D)碳原子，厚度僅1個(gè)碳原子，硬度卻是鋼鐵的200倍，導(dǎo)電性也是矽的100倍，是目前所知最佳導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，且具卓越光學(xué)屬性。

石墨烯目前價(jià)位偏高，不過生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)后，未來預(yù)計(jì)生產(chǎn)成本可降低，因其原料是自然界中廣泛存在的碳原子。

石墨烯未來可望大幅應(yīng)用至移動(dòng)裝置。高效能的石墨烯電池可在幾分鐘內(nèi)充飽電，并比傳統(tǒng)鋰離子電池更持久。此外，石墨烯也可用于制作移動(dòng)裝置的復(fù)合體材料，降低裝置體積并減輕其重量，又能用于制造有彈性、透明的觸控式熒幕，甚至做出超越矽芯片速度的極小芯片。

石墨烯亦可望掀起電池產(chǎn)業(yè)革命。2015年稍早，美國(guó)科技公司XG Sciences展示新一代矽石墨烯陽極材料制成的鋰離子電池。這款新型電池的電容量是一般電池的4倍，第一次循環(huán)效能可達(dá)85~90%，且電池壽命是上一代電池的2倍。

諾基亞(Nokia)也投入石墨烯電池研究，其專利自動(dòng)充電石墨烯基光子電池，可印刷在軟性基板(flexible substrates)上，而且在放電后，能立即用濕空氣自動(dòng)充電。美國(guó)Graphene 3D Lab甚至提出3D列印石墨烯電池的概念，可根據(jù)移動(dòng)裝置外型客制化電池的外觀與大小。不過，石墨烯電池仍在實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段，保守估計(jì)至少2年內(nèi)不會(huì)量產(chǎn)上市。

西班牙Graphenea公司研究發(fā)現(xiàn)，于氧化鋁陶瓷加入石墨烯，可減少斷裂機(jī)率50%，提升導(dǎo)電性至1億倍。Graphenea認(rèn)為，此方法也可應(yīng)用在碳化矽(silicon carbide)、氮化矽(silicon nitride)、二氧化鈦(titania)、以及二氧化鋯(zirconia)等材質(zhì)上。

明尼蘇達(dá)大學(xué)(University of Minnesota)與夏威夷公司Adama Materials共同研究出一種耐久的石墨烯塑膠聚合物，研究者表示，在塑膠內(nèi)加入微量石墨烯，便可增強(qiáng)塑膠硬度2.5倍。目前在運(yùn)動(dòng)用品中已可見到石墨烯材質(zhì)應(yīng)用，像是輕薄卻硬度高的滑雪器具、腳踏車輪胎、安全帽等等，Peleg認(rèn)為，石墨烯技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)裝置材質(zhì)只是遲早的事情。

此外，目前市面上觸控式熒幕多采銦錫氧化物(ITO)為主的透明導(dǎo)電體技術(shù)。不過，ITO不適用于彈性顯示介面且價(jià)格昂貴，而石墨烯便是目前最有潛力的應(yīng)用技術(shù)。

相較于銀材質(zhì)，石墨烯的光學(xué)特質(zhì)更適合顯示技術(shù)。大陸輝銳科技正在研發(fā)石墨烯觸控式變形熒幕，用于移動(dòng)裝置。輝銳科技表示，石墨烯比ITO更便宜、更強(qiáng)韌，公司預(yù)計(jì)未來3年將投資1.5億美元發(fā)展此技術(shù)。

大陸重慶墨?？萍?，也正打造15吋單層石墨烯薄膜的生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)很快進(jìn)入量產(chǎn)階段，目前也和東莞正揚(yáng)電子機(jī)械有限公司簽約，計(jì)劃未來5年每年將生產(chǎn)1,000萬個(gè)石墨烯透明導(dǎo)電膜(transparent conducting films;TCF)，作為移動(dòng)裝置的觸控式熒幕材料。

Peleg指出，石墨烯有潛力取代矽，成為下一代芯片與電子產(chǎn)品的原料。石墨烯體積微小且具極佳導(dǎo)電性，石墨烯芯片的處理速度較矽芯片快上許多，且效能更佳。

不過，石墨烯芯片技術(shù)目前仍在起步階段，距量產(chǎn)仍有一段距離。英特爾正著手石墨烯電晶體，而報(bào)告指出離技術(shù)成熟階段仍有多年。IBM則預(yù)計(jì)在接下來5年，投注30億美元研發(fā)下一代芯片，希望找到取代矽材質(zhì)的技術(shù)解決方案。