传奇盛世

欢迎来到常州墨之萃科技有限公司!
设为传奇盛世 / 收藏本站
未来十年科技发展方向新趋势
发布:admin 浏览:1413次

“蒸汽机”、到“发电机”、再到“计算机”,这三大科技进步先后使人类发生了三次工业革命,每一次世界都会发生翻天覆地的变化。现在“智能化”正在推动人类的下一次工业革命。那么智能化的关键点在哪里呢?我们以“智能手机”为例,“智能手机”是智能时代的开端产品,作为人类行为和交往的基本工具,它的革新可以直接影响我们的效率。

我们都知道,“智能手机”中有大量芯片,比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片(拍照用)、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等,人们对智能手机的性能的要求越来越高,尤其是续航能力,所以这些芯片的负荷也就越来越高。但是在在材料没有更新的情况下,所有的改进都是量变而不是质变。

现在芯片的材料都是硅,硅的极限宽度是七纳米,已经临近边界。因此这场变革的临界点落脚到了材料的创新上面。

今天,我们就来看一下新材料之王:石墨烯

首先,我们来认识一下大自然最基本、最神奇的元素——碳

碳,是生命的基本单元。碳原子一个一个的排列,演变成氨基酸、核苷酸,然后再一节链一节地接长,演变成为蛋白质和核酸,进而演化出细胞,最后组成了虫、鱼、鸟、兽、猴子、猩猩、直至人类。可以说“碳”是生命世界的栋梁之材。没有碳,就没有生命。世界上已经回荡了三四十亿年的生命交响乐,可以说其主旋律就是“碳:元素的化学演变。既然碳元素那么神奇,它形成的物质也不同凡响。碳原子的排列方式不同,就组成了不同物质。

我们平常所说的钻石(金刚石),就是由碳原子组成的。碳原子排成四面体,碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性,于是形成了金刚石。但金刚石由于是天然物质,因此含有杂质。

但碳元素形成的另外一种物体石墨烯(Graphene)就不同了,它是完全纯洁的物体。虽然也是由碳原子组成(跟钻石是同素异形体)。但是石墨烯的原子尺寸结构非常特殊,石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳膜(只有一层原子厚度),它是世界上唯一只有一层原子构成的物质,特殊到必须用量子场论才能描绘。

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家将它成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在,因此2010年诺贝尔物理学奖。铅笔里用的石墨就相当于无数层石墨烯叠在一起,而碳纳米管就是石墨烯卷成了筒状。

石墨烯有多神奇?

在塑料里掺入百分之一的石墨烯,就能使塑料具备良好的导电性;加入千分之一的石墨烯,能使塑料的抗热性能提高30摄氏度。科研人员还发现,细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类的细胞则可以正常生长。

由于石墨烯的电子在一个平面内,其运动速度达到了光速的三百分之一,远远超过了电子在一般导体的运转速度,所以导电性极佳。如果用石墨烯制作电容装置,它的充放电速度是锂电池100倍——1000倍,石墨烯手机充电时间只需5秒,电池就满档,可以连续使用半个月!石墨烯电池只需充电10分钟,环保节能汽车就有可能行驶1000公里!

很多人抱怨智能手机用不多久就得一天充几次电,但不久之后“一天一充”的现状将成为历史,充电宝也将被新技术所淘汰。同时,就好比金刚石是地球上天然存在的最坚硬物质,石墨烯也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。根据这个性能,比尔盖茨甚至提出要制定出新是带安全套的计划,并给了英国曼彻斯特大学10万美元基金,以研发更薄更坚韧的安全套。

在信号传输方面,石墨稀的电子传输速度极快,它制造的处理器频率有望达到1THz以上,是目前硅芯片的100到1000倍。根据IBM的研究人员们在《科学》杂志上展示的石墨烯晶体管,其最高射频速度高达100GHz(每秒1000亿次循环),而此前的最好成绩是40GHz。

在承受性方面,石墨烯可承受1 亿~2 亿A/cm2 的电流密度,这是铜耐受量的100 倍左右。

在信号感应方面,石墨烯由于有巨大的表面,所以对周围环境极其敏感,传感极为灵敏,即使是一个气体分子吸附或释放都可以检测到,从而捕捉到微小的电阻变化。据新加坡一个科研团队展示的科研成果,石墨烯感光元件的性能比传统传感器强1000倍,在昏暗的光线环境中,这类传感器依然能够捕捉到较为清晰的物体影像。

除此之外,有研究者试着用石墨烯纳米带来制成量子点,他们在纳米带的某些特定位置改变宽度,形成量子禁闭。

在军事方面,美军在轰炸科索沃的军事行动中就曾大量使用石墨炸弹,早在海湾战争时期,美军就在伊拉克使用这种石墨炸弹来瘫痪萨达姆政府的供电设施和通讯网。最后使伊拉克全国供电系统85%瘫痪。

放眼未来,互联网正在升级到物联网,无论是5G还是智能时代,未来一定是万物互联的。这就对智能设备材料的性能、传感性、敏感度都提出了更高的要求,目前来看石墨烯已经做好了充分的准备,是最好的基础材料,石墨烯才是万物互联的基石!

因此石墨烯被称为“黑金”,对于未来的超级计算机来说,石墨烯也有可能成为材料备选。科学家预言石墨烯将改变人类的21世纪。

鉴于石墨烯所蕴含的无限应用潜力,世界各国都在不遗余力推动石墨烯产业化发展。2011 年英国将石墨烯确定为今后重点发展的四项新兴技术之一,2013 年,韩国宣布将在国内形成石墨烯联盟。2013 年1 月,欧盟委员会将石墨烯列为“未来新兴技术旗舰项目”之一,十年提供10亿欧元资助,将石墨烯研究提升至战略高度。全球已有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯研发。

此外,全球各大企业,尤其是通讯巨头都在争相投入,三星、苹果和谷歌公司开始积累各种与石墨烯有关的专利,未来的竞争之战已在实验室打响。

华为总裁任正非很看好石墨烯。他认为目前一些新技术新商业模式的颠覆还不足以动摇整个时代。这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代。

电话:0519-85280588;15312586181 (丁先生)
传真:0519-85289678
邮箱:shimoxi008@163.com
地址:常州市武进区西太湖科技产业园祥云路6号
CopyRight © 2016 常州墨之萃科技有限公司 All Rights Reserved 【管理登陆】

在线客服1:

在线客服2:

服务时间:
9:00-18:00(工作日)