【E课堂】一篇文章全面读懂石墨烯

石墨烯制备技术

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，从 2006年开始，研究论文急剧增加，作为形成纳米尺寸晶体管和电路的“后硅时代”的新潜力材料，旨在应用石墨烯的研发也在全球范围内急剧增加，美国、韩国，中国、日本等国家的研究尤其活跃。

　　目前众多国际大牌厂商如陶氏化学、三星、IBM以及苹果等都在积极推进石墨烯产业化的研究，从2004年至今，国际上关于石墨烯的专利申请已经达到了几千项，主要在石墨烯的制备、能源领域的应用、显示技术方面的应用、石墨烯纳米材料以及石墨烯复合材料等方面。但全球范围内都没有实施大规模量产的先例，这主要是由于还没有找到一种适合大规模生产的方法和途径，同时这也是石墨烯成本一直居高不下的原因。

　　目前石墨烯主要的制造方法包括五种，分别是：机械剥离法、气相沉积法(CVD法)、SiC热分解法、氧化还原法等。其中最接近实际生产应用的是气相沉积法。

　　石墨烯制备方法对比

　　石墨烯在汽车行业的潜在应用

　　石墨烯是一种技术含量非常高、应用潜力非常广泛的二维碳材料，在众多行业都具有广泛甚至是颠覆性的应用前景。而汽车产业又是建立在众多行业基础上的一个集成行业，因此石墨烯对于汽车行业也有重要的应用价值和前景。

　　1.应用于锂离子电池，大幅缩短充电时间，提升电池容量

　　目前，全球汽车制造商使用的动力电池主要使用锂电池，以特斯拉为代表的镍钴铝酸锂电池、以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池和以日本汽车为代表的锰酸锂。

　　这三类电池以钴酸锂电池能量密度最高，但它在高温下也最不稳定;磷酸铁锂电池最稳定，但能量密度最低。锂离子电池技术已经沉寂了20年没有大的技术革新，其最大的障碍在于：锂离子电池功率密度有限，其大量能量无法快速接收或释放(即无法实现快充快放)。

　　石墨烯由于其超大的载流子迁移率，应用于锂离子电池上，可以大幅降低充电时间;而且由于其稳定性可以提高电池循环稳定性;另外由于超大比表面积还能提升电池容量。

　　2.表面防护材料

　　石墨烯结构稳定，耐腐蚀，耐氧化，强度大，并且容易在各种金属表面生长，可以广泛应用于金属材料表面保护。同时由于其导电性和高导热性，也可广泛应用于有机材料的保护及防静电领域。可以想象如果在汽车面板表面镀上一层石墨烯，再也不用担心爱车被划了!

　　3.代替硅应用于集成电路，助力无人驾驶

　　硅让我们进入了电子化时代，多晶硅已经成为半导体行业的基础原料，被大量用作集成电路的基板。随着工艺技术的改进，目前硅基芯片的运行速度达到了GHz的级别，但随着技术的不断进步，对于计算机速度的要求越来越高。

　　然而，硅基芯片受到材料自身性能的限制，处理速度达到4-5GHz后就很难再提高，已经逐渐不能满足人们对速度的要求。在众多的备选材料中，石墨烯因其超高强度、超高热导率以及超强导电性而最引人瞩目。

　　使用石墨烯作为基质生产出的处理器能够达到THz(即1000GHz)，IBM已经在2010年研制出运行速度超快的石墨烯晶体管，其最大频率可以达到230GHz，远远超过现在的硅基晶体管运行速度。IBM在2014年7月宣布将再投入30亿美元进行包括石墨烯在内的碳芯片技术的研发。石墨烯未来很有可能取代硅成为半导体行业的基础材料。

　　无人驾驶技术方兴未艾，其需要超强、超快的计算能力，数据存储、处理系统对集成电路要求非常高，现有的硅基芯片很难完全满足其需求，而石墨烯基碳芯片的开发应用将会解决这一技术瓶颈，提供强大的算力支持。