引言
碳原子呈六角形網(wǎng)狀鍵合的材料“石墨烯”具有很多出色的電特性、熱特性以及機(jī)械特性。具體來說，具有在室溫下也高達(dá)20萬cm2/Vs以上的載流子遷移率，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過銅的對大電流密度的耐性。為此，石墨烯有望用于高速晶體管、觸摸面板、太陽能電池用透明導(dǎo)電膜，以及成本低于銅但與銅相比可通過大電流的電線等。
另外，在目前可以制作的片狀材料中，石墨烯的厚度最薄、比表面積也較大。而且，還具有超過金剛石的強(qiáng)度、彈性模數(shù)和導(dǎo)熱率。如果沒有缺陷的話，即便是單層石墨烯，也不會(huì)通過大于氦（He）原子的物質(zhì)。這些性質(zhì)可以使石墨烯作為電池的電極材料、散熱膜、MEMS傳感器，或是理想的阻擋膜（Barrier Film）。
與其他材料相比，石墨烯還擁有許多極為特殊的性質(zhì)。例如，在室溫下也可呈現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)；可實(shí)現(xiàn)名為“Klein Tunneling”的、透射率為100％的通道效應(yīng)；電阻值為固定值而與距離無關(guān)的“彈道輸運(yùn)”（Ballistic Transport）的有效距離較長；按照由石墨烯上的自由電子來描述中微子的方程式（韋爾方程，Weyl Equation），石墨烯可以像質(zhì)量為零的粒子一樣運(yùn)動(dòng)；而且，石墨烯具有被稱為“贗自旋（Pseudospin）”和“贗磁場”的、宛如存在電子自旋和磁場的特性；石墨烯還擁有負(fù)折射率，等等。這些特性可以使石墨烯用于超高精度的氣體傳感器和應(yīng)變傳感器等。
本系列將介紹在實(shí)際應(yīng)用中利用石墨烯的各種出色性質(zhì)或特殊性質(zhì)的先端技術(shù)。
“觸摸面板”最快于2012年面世
相當(dāng)于一層石墨的材料——石墨烯的研究開發(fā)在全球范圍內(nèi)正熱火朝天地展開。僅2010年發(fā)表的相關(guān)研究論文就超過了3000篇。其中中國科學(xué)院和新加坡國立大學(xué)(the National University of Singapore，NUS)在論文數(shù)量方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他研究機(jī)構(gòu)。而理應(yīng)在新材料開發(fā)上占有一定優(yōu)勢的日本研究機(jī)構(gòu)卻處于苦戰(zhàn)之中。
在應(yīng)用方面引領(lǐng)全球的國家是韓國。其中韓國三星電子已經(jīng)發(fā)表了多項(xiàng)應(yīng)用石墨烯的觸摸面板和高速晶體管等研究成果。
三星目前在產(chǎn)品化的競爭方面也處于領(lǐng)先地位。因石墨烯獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的研究人員康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈·海姆（Andre Geim）曾在諾貝爾獲獎(jiǎng)演講“Nobel Lecture”等上表示三星已經(jīng)制定利用石墨烯的產(chǎn)品群開發(fā)藍(lán)圖。開發(fā)藍(lán)圖中的第一個(gè)研發(fā)目標(biāo)就是把石墨烯用做透明導(dǎo)電膜的觸摸面板。另外三星還計(jì)劃于2012年推出配備有該石墨烯制觸摸面板的便攜終端。
三星曾于2010年6月宣布與韓國成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）共同制作出了30英寸（對角線約76cm）的石墨烯片。這一消息令全球震驚。這是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)數(shù)十cm對角線大小的石墨烯片一直是人們的夢想。此前制出的最大石墨烯片最大僅能達(dá)到對角線為數(shù)mm～1cm（韓國曾實(shí)現(xiàn)了數(shù)cm對角線大�。�。