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石墨烯應用多元或掀移動產業革新 日期:2015/5/18查看:4351
    科學家和產業專家認為,石墨烯具顛覆整個移動市場的潛能,應用多元。未來可望出現可彎曲、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,或研發出數分鐘內充飽電的高效能輕薄電池等。不過專家也提醒,石墨烯技術仍在初步研發階段,許多相關技術還不能商業化量產使用。

    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個碳原子,硬度卻是鋼鐵的200倍,導電性也是矽的100倍,是目前所知最佳導電和導熱材料,且具卓越光學屬性。

    石墨烯目前價位偏高,不過生產技術改進后,未來預計生產成本可降低,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用至移動裝置。高效能的石墨烯電池可在幾分鐘內充飽電,并比傳統鋰離子電池更持久。此外,石墨烯也可用于制作移動裝置的復合體材料,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業革命。2015年稍早,美國科技公司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,第一次循環效能可達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充電。美國Graphene 3D Lab甚至提出3D列印石墨烯電池的概念,可根據移動裝置外型客制化電池的外觀與大小。不過,石墨烯電池仍在實驗開發階段,保守估計至少2年內不會量產上市。

    西班牙Graphenea公司研究發現,于氧化鋁陶瓷加入石墨烯,可減少斷裂機率50%,提升導電性至1億倍。Graphenea認為,此方法也可應用在碳化矽(silicon carbide)、氮化矽(silicon nitride)、二氧化鈦(titania)、以及二氧化鋯(zirconia)等材質上。

    明尼蘇達大學(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,在塑膠內加入微量石墨烯,便可增強塑膠硬度2.5倍。目前在運動用品中已可見到石墨烯材質應用,像是輕薄卻硬度高的滑雪器具、腳踏車輪胎、安全帽等等,Peleg認為,石墨烯技術應用于移動裝置材質只是遲早的事情。

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

    相較于銀材質,石墨烯的光學特質更適合顯示技術。大陸輝銳科技正在研發石墨烯觸控式變形熒幕,用于移動裝置。輝銳科技表示,石墨烯比ITO更便宜、更強韌,公司預計未來3年將投資1.5億美元發展此技術。

    大陸重慶墨?萍,也正打造15吋單層石墨烯薄膜的生產線,預計很快進入量產階段,目前也和東莞正揚電子機械有限公司簽約,計劃未來5年每年將生產1,000萬個石墨烯透明導電膜(transparent conducting films;TCF),作為移動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品的原料。石墨烯體積微小且具極佳導電性,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,石墨烯芯片技術目前仍在起步階段,距量產仍有一段距離。英特爾正著手石墨烯電晶體,而報告指出離技術成熟階段仍有多年。IBM則預計在接下來5年,投注30億美元研發下一代芯片,希望找到取代矽材質的技術解決方案。
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