從機(jī)殼到芯片，“全碳化”競(jìng)爭(zhēng)拉開帷幕

不少觀點(diǎn)都認(rèn)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(lǐng)域的主角。

硅作為半導(dǎo)體材料，其性能并不高，也曾數(shù)度出現(xiàn)過(guò)可與之競(jìng)爭(zhēng)的候補(bǔ)材料，但硅材料總能憑借某些因素而勝出。不過(guò)，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(diǎn)非常多，很難用一句話表達(dá)，但簡(jiǎn)單概括地說(shuō)，就是在眾多電子/半導(dǎo)體材料中最細(xì)（或最?。?，而且重量輕、牢固、容易導(dǎo)熱、電子容易遷移。另外，將來(lái)還可能會(huì)增加的特點(diǎn)是材料采購(gòu)及提煉成本比硅便宜得多?；谶@些特點(diǎn)，在不久的將來(lái)就能實(shí)現(xiàn)以低成本制造出輕便、柔軟、結(jié)實(shí)、性能超強(qiáng)、靈敏度極高的器件和電子設(shè)備。各種交通工具和電子產(chǎn)品將不斷“全碳化”，從機(jī)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(jī)提供碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)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(shù)在柔性基板上制作的TFT的性能非常高。東麗計(jì)劃在2016年前后實(shí)現(xiàn)這種CNT-TFT的實(shí)用化。

1991年發(fā)現(xiàn)的CNT之所以在最近突然加快了實(shí)用化進(jìn)程，是因?yàn)橹圃旒夹g(shù)有了飛速發(fā)展。高純度單層CNT的量產(chǎn)技術(shù)基本已經(jīng)確立，并且已經(jīng)可以按照金屬型和半導(dǎo)體型等差異進(jìn)行分離。東麗的高性能CNT-TFT也采用了這種分離技術(shù)。

可與東麗的TFT匹敵的技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目?jī)H在日本就有很多個(gè)。并且，不僅是日本，現(xiàn)在全球都在參與碳器件的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)。有意思的是，各國(guó)和地區(qū)關(guān)注的碳材料的種類并不相同。

比如，美國(guó)致力于使用CNT的研究，而歐洲專注于石墨烯的實(shí)用化，預(yù)計(jì)歐盟在十年中將向該領(lǐng)域投入大約10億歐元的研發(fā)費(fèi)用。韓國(guó)也非常熱衷于石墨烯的研究。

中國(guó)則在CNT和石墨烯兩方面推進(jìn)研發(fā)和實(shí)用化。首先實(shí)現(xiàn)作為CNT電子材料的觸摸面板的實(shí)用化的也是中國(guó)企業(yè)。雖然不知道總投資額是多少，但肯定投入了相當(dāng)多的研發(fā)費(fèi)用。在碳材料的納米技術(shù)方面，中國(guó)處于全球領(lǐng)先地位。

而日本在碳器件的實(shí)用化技術(shù)方面就相對(duì)落后。有幾項(xiàng)調(diào)查都表明，擁有石墨烯相關(guān)專利數(shù)量最多的是中國(guó)，其次是美國(guó)和韓國(guó)。CNT方面也是如此，就在4～5年前，日本還僅次于美國(guó)，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(chǎng)碳器件實(shí)用化競(jìng)爭(zhēng)中落后可能會(huì)導(dǎo)致日本在今后幾十年的高科技競(jìng)爭(zhēng)中都無(wú)法翻身。值得慶幸的是，日本在研究方面依然保持高水準(zhǔn)。今后幾年的較量將決定成敗。