石墨烯帶來革命性提升 告別一天一沖電
要說當(dāng)前最為神奇、前景最被看好的新材料非石墨烯莫屬，應(yīng)用范圍極其廣泛，同時(shí)自身性能極其優(yōu)異。這是一種從石墨材料中剝離出來、由單層碳原子組成的二維晶體。石墨烯既是最薄的材料，也是目前最強(qiáng)韌的材料。 石墨烯的斷裂強(qiáng)度高出鋼材百倍，同時(shí)拉伸幅度能達(dá)到自身原有尺寸的20%，在物理特性上幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面它非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。正因有自身的眾多優(yōu)異特性，石墨烯的應(yīng)用前景被普遍看好。
目前最被看好的應(yīng)用是替代硅成為制造超微型晶體管的原材料，用來生產(chǎn)未來超級(jí)計(jì)算機(jī)。在石墨烯的加持下，計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度將會(huì)有質(zhì)的提升。而在當(dāng)前移動(dòng)智能設(shè)備占據(jù)主流市場的時(shí)候，石墨烯的另一大用途也被挖掘出來--超級(jí)電容電池。
石墨烯在物理與化學(xué)特性上的優(yōu)異表現(xiàn)讓眾多廠商看到了提升產(chǎn)品性能的曙光。一句話總結(jié)就是石墨烯是目前強(qiáng)度最高、韌性最好、重量最輕、透光最高、導(dǎo)電最佳的一種新型碳材料，具有優(yōu)異力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能。
這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。在航空領(lǐng)域應(yīng)用也可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，加速航空結(jié)構(gòu)和功能材料的升級(jí)換代。英國曼徹斯特大學(xué)的兩位物理學(xué)家最先分離出單獨(dú)存在的石墨烯，對(duì)于石墨烯有著較為超前的研究。
一般來說，以硅基材料制造的超大規(guī)模集成電路主頻越高，熱量會(huì)隨之提高，漏電率也會(huì)提高，發(fā)生運(yùn)算錯(cuò)誤的幾率增大，并最終達(dá)到極限負(fù)載。目前硅基芯片最高頻率記錄是在液氮環(huán)境下實(shí)現(xiàn)8.4GHZ左右。
大家日常使用的桌面級(jí)芯片的主頻也基本在4GHZ以內(nèi)，筆記本電腦芯片在受到閹割的基礎(chǔ)上同時(shí)為了控制CPU功耗延長續(xù)航能力和降低散熱負(fù)擔(dān)，主頻普遍控制在3GHZ以內(nèi)。但如果使用的是石墨烯材料，那么結(jié)果就大不相同了。
廣為人們接受的是目前硅基材料的密度基本已經(jīng)達(dá)到使用極限，而相對(duì)于當(dāng)前的硅基材料，石墨烯在室溫下?lián)碛懈叱?0倍的高載流子遷移率，同時(shí)具有上佳的導(dǎo)熱性能，芯片主頻理論上可達(dá)到300GHZ，并且有更低功耗。而在幾年前，IBM實(shí)驗(yàn)室的石墨烯場效應(yīng)晶體管主頻已經(jīng)來到了155GHZ。
當(dāng)前的核心硬件發(fā)展速度除了被人為放緩的可能性是存在的，但受制于傳統(tǒng)硅基材料的使用限制，進(jìn)一步調(diào)整微架構(gòu)或者使用更為先進(jìn)的工藝制程已經(jīng)變得更像是強(qiáng)人所難。此時(shí)更換掉已經(jīng)接近使用極限，潛能挖掘幾近枯竭的硅基材料更顯明智。
代替硅基材料上位的石墨烯在前端設(shè)計(jì)水平相當(dāng)?shù)那闆r下，芯片性能保守估計(jì)性能會(huì)有幾十倍的提升，隨著技術(shù)發(fā)展，以及對(duì)石墨烯使用特性的熟練掌握，有希望進(jìn)一步挖掘使用潛力，性能在提升的同時(shí)，功耗和漏電率會(huì)有進(jìn)一步的降低。
在當(dāng)前移動(dòng)智能設(shè)備占據(jù)主流應(yīng)用市場的時(shí)候，電池續(xù)航能力成為被廠商、市場、用戶所共同關(guān)注的問題。蘋果手表長達(dá)18個(gè)小時(shí)的續(xù)航能力一直被大家所調(diào)侃，如果使用的是石墨烯材質(zhì)的電池，或許搖身一變成為備受追捧的單品爆款。
石墨烯作為移動(dòng)設(shè)備電池生產(chǎn)原料會(huì)使單位體積的電量貯存有著明顯的提升。據(jù)報(bào)道，西班牙的一家高科技公司開發(fā)出的首例石墨烯電池儲(chǔ)電量已經(jīng)達(dá)到了目前傳統(tǒng)產(chǎn)品的三倍，重量和成本也得到合理控制。今年年初的時(shí)候，國內(nèi)專注石墨烯材料應(yīng)用的高科技推出了全球首批三萬部石墨烯手機(jī)，該款手機(jī)采用了最新研發(fā)的石墨烯觸摸屏、電池和導(dǎo)熱膜，在產(chǎn)品性能上較之傳統(tǒng)產(chǎn)品有著明顯的使用體驗(yàn)上的提升。