石墨烯的应用研究及展望(2)

广 东 化 工 2011年 第12期

· 62 · 第38卷 总第224期

使电子工程领域极具吸引力的室温弹道场效应管成为可能[9]。较大的费米速度和低接触电阻则有助于进一步减小器件开关时间，超高频率的操作响应特性是石墨烯基电子器件的另一显著优势。此外，与目前电子器件中使用的硅及金属材料不同，石墨烯减小到纳米尺度甚至单个苯环同样保持很好的稳定性和电学性能，使探索单电子器件成为可能。最近，Geim研究组利用电子束光刻与干刻蚀的方法将同一片石墨烯加工成量子点，引线和栅极，获得了室温下可以操作的石墨烯基单电子场效应管，解决了目前单电子场效应由于纳米尺度材料的不稳定性所带来的操作温度受限问题。荷兰科学家则报道了第一个石墨烯基超导场效应管，发现在电荷密度为零的情况下石墨烯还是可以传输一定的电流，可能为低能耗，开关时间快的纳米尺度超导电子器件带来突破。与一维纳米材料相比，石墨烯基电子器件的显著优势是整个电路，包括导电通道、量子点、电极、势垒、分子开关及联结部件等，可在同一片石墨烯上获得，有可能避免一维材料基器件中难以实现的集成问题。

应力等的敏感检测。

9 石墨烯的应用前景

石墨烯的研究刚刚起步，面临着种种困难。在制备工艺方面，制备用于实验的石墨烯样品虽已不是问题，但大规模生产石墨烯的工艺还待改进。从现代半导体工业发展的趋势看，未来的晶体管将会由纯净的、具有高导电性的石墨烯晶体和经过化学改进的具有半导体性能的石墨烯衍生物一起组成。研究人员和工业界将石墨烯看作硅的替代品，用以生产未来的超级计算机。随着石墨烯的各种特性被陆续发现，相信很快就可以投入大批量低成本的工业化生产。科斯特亚·诺维塞洛维说：“石墨烯是一种极佳的导体，可被广泛的应用于诸多电子设备当中，如果可以通过化学方法按人们的需要控制其电子性能，那将具有更为诱人的应用前景。我们的工作已经证明了这种方法的可行性，已经打开制造石墨烯化学衍生物的闸门，这将进一步拓宽石墨烯的应用空间”。英国科学家在石墨烯基础上开发出一种具有突破性的新材料，用纯净的石墨烯和氢制备出具有绝缘性能的二维晶体石墨烯衍生物―石墨烷，在不破坏石墨烯独特的六角形晶格结构和单原子厚度的情况下，在每个碳原子上都增加了一个氢原子，从而制备出了具有新特性的新材料。这些新型超薄材料具有不同导电性能。该实验证明了可以通过化学方法改变石墨烯的性能，这为制备其他基于石墨烯的化学衍生物铺平了道路。同时，对类石墨烯的研究和应用，也极大地拓展了石墨烯的应用和发展，显示了其强大的生命力。虽然石墨烯的应用和研究还面临种种困难，但对石墨烯的研究有着令人神往的前景，已成为新型材料应用的热点，在不久的将来，我们的生活会因石墨烯而改变。

7 减少噪声方面的运用

美国IBM宣布，通过重叠2层相当于石墨单原子层的石墨烯，试制成功了新型晶体管，同时发现可大幅降低纳米元件特有的1/f噪声。石墨烯作为形成纳米级晶体管和电路的“Post-Si材料”，正在全球进行研究开发。普通的纳米元件随着尺寸的减小，被称作1/f的难以控制的噪音越来越明显，存在信噪比恶化的问题。这种现象就是众所周知的“波格定律(Hogue’slaw)”，即使采用石墨烯、碳纳米管以及硅材料也会产生该现象。因此，如何减小1/f噪声成为实现纳米元件的关键问题之一。IBM利用单层石墨烯试制晶体管，并确认该元件符合波格定律。另一方面，通过重叠二层石墨烯，试制成功了相同的晶体管，不过与预计的相反，发现能够大幅控制噪音。通过在二层石墨烯之间生成的强电子结合，从而控制噪音。

参考文献

[1]周会明，任文才．石墨烯[M]．沈阳：中国科学院金属研究所，2008：33-38．

[2]杨全红，吕伟，杨永岗，等．自由态二维碳原子晶体-单层石墨烯[J]．新型炭材料，2008，23(2)：97-102．

[3]黄桂荣．石墨烯的合成与应用[J]．炭素技术，2009，29(1)：35-38． [4]李旭，赵卫峰，陈国华 ．石墨烯的制备与表征研究[J]．材料导报，2008，22(8)：48-51． [5]吴康迪．石墨烯晶体管：摩尔定律的延寿者[J]．计算机世界报，2008(43)：38-39．

[6]吴江滨．最具潜力的新型“奇迹材料”[J]．物理通报，2009，6．

[7]张亚妮，徐永东，楼建军，等．碳／碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析[J]．航空材料学报，2005，25(2)：49-54．

[8]张军战，楼建军，徐永东，等．不同结构C/SiC复合材料的摩擦磨损性能[J]．研究摩擦学学报，2006，26(3)：218-222．

[9]叶斌，何新波，曲选辉，等．制备工艺对Cf/SiC复合材料力学性能的影响[J]．材料工程，2004(8)：47-50．

8 在其他方面的应用

随着石墨烯低成本，大规模制备技术的发展，许多应用也相继出现，并越来越受到重视。由于大的表面体积比和高导电性，石墨烯另一诱人的应用是作为电池电极材料以提高电池效率。石墨烯具有优异的氢气吸附特性，可望在储氢材料领域得到应用。例如，2006年Rouf研究组在《自然》上报道了第一个石墨烯基复 …… 此处隐藏：1299字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……