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2009年《科学》十大科学突破之材料突破——石墨烯

发布时间:2011-08-13      来源:ebet官网app      阅读次数:

在整个计算机行业的发展历程中,人们总是在不断追求更高的运算性能,提升处理器的运行频率无疑是最简单有效的方法。而我们知道,CPU的工作频率是由外频乘以倍频来得出的。但倍频的提升并不是随意的。当倍频不断提升时,输出信号的倍频噪声也会随之增大,必须进行滤波。并且,产生高倍频需要消耗的电能也相当可观。这也就是CPU频率提升迟迟无法获得重大突破的重要原因。但这一切今后可能会有一种新材料制成的倍频器冲破这种限制,让处理器工作在令人惊讶的频率上。

  这种材料名为石墨烯(graphene),2004年由英国曼彻斯特大学物理学与天文学院的科学家安德烈·格伊姆(Andre Geim)发现。它是一种完美的单层碳原子二维晶体,所有碳原子以正六边形排列,厚度只有一个原子的直径,但是它比钻石还硬,传输电流的速度比电脑芯片里的硅元素快100倍。目前有三种方法制备石墨烯,一种是加热SiC的方法[1], 另一种是轻微摩擦法或撕胶带法 [2].第三种是化学分散法.[3].我国中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部研究员成会明、任文才研究小组提出了利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略,基于化学剥离方法,宏量控制制备出单层、双层和三层占优的高质量石墨烯,实现石墨烯层数的可控制备。


  麻省理工学院电子工程和计算机科学系副教授Tomas Palacios日前宣布,他使用石墨烯材料制成了只需要单个晶体管的倍频器,能够输出纯净的高倍频信号,同时能效也非常高。Tomas Palacios表示,在现有技术条件下,产生4、5GHz以上的频率难度都相当高。而石墨烯倍频器可以让系统运行在500GHz到1000GHz的范畴内。虽然目前该设备还处在实验室阶段,但在一两年内就有望实现应用。

  近日,英国曼彻斯特大学安德烈·格伊姆教授和科斯特雅·诺沃塞洛夫博士,在石墨烯基础上开发出一种具有突破性的新材料——石墨烷[4]。他们用纯净的石墨烯和氢制备出了一种具有绝缘性能的二维晶体石墨烯衍生物——石墨烷。研究人员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石墨烯衍生物——石墨烷。研究人员称,虽然纯净石墨烯的化学性质极为稳定,但他们发现,氢原子可与其发生反应,将高度导电的石墨烯材料变成了绝缘特性的石墨烷新材料。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。


  石墨烯的潜在应用方向包括触摸屏、太阳能电池、能量储存装置、手机和高速电脑芯片。
 

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