資料介紹
石墨烯具有許多創紀錄的出色性能,被譽為21世紀新材料。這使石墨烯的應用涉及廣泛領域,但在眾多應用中,石墨烯在電子領域的應用尤其值得關注。
根據2016 年年底美國的市場調研公司Grand ViewResearch 按產品、應用、地域和細分市場劃分,發布的《2014—2025 年石墨烯市場規模和趨勢的預測報告》,電子行業是石墨烯最受歡迎的應用領域。據統計,2015 年,電子行業是石墨烯最大的應用市場,在石墨烯的各類應用市場中占據40%的份額,這歸結于消費電子不斷增長的需求,尤其是智能手機、平板電腦,已成為電子應用細分市場發展最大驅動力。本文將分析石墨烯性能優勢、全球石墨烯專利分布現狀、世界電子行業巨頭在石墨烯電子領域的研發狀況,揭示了石墨烯在電子應用領域的發展潛能、當前面臨的挑戰,以及歐盟對石墨烯電子領域的發展預期。
一、石墨烯在電子領域的應用優勢
科學界已證實,一個原子厚度石墨烯的諸多獨特性能,已打破材料王國多項記錄。石墨烯是世界上已知硬度最高的材料,幾乎完全透明,具有高達5300W/m·K 的熱導系數和高達1.5×104 cm2/Vs 的電子遷移度和出色的機械強度;像塑料一樣透明但性能好于塑料;導電、導熱好于任何金屬;具有不可滲透性,可用做防滲膜;具有化學惰性和穩定性。這使之成為新一代透明導體的理想材料。由于用于氧化銦錫(ITO)造價高昂,而且銦具有脆性,石墨烯成為可替代氧化銦錫理想材料,可用于顯示器和觸摸屏。將石墨烯電極用于顯示屏,有望帶來柔性、可折疊、摔不破的智能手機和其他可重塑形電子。由于受到晶體管很難變得更加小型化的限制,目前用于集成電路的互補金屬氧化物(CMOS)技術正在快速達到其技術極限。由歐洲、日本、韓國、中國臺灣、美國等5個主要的芯片制造地區發起的國際半導體技術路線圖(ITRS),已將石墨烯列為后硅電子可能的替代材料。一個原子厚度的石墨烯有望最終帶來顛覆性的新一代柔性電子器件。因為基于塑料或紙張的電子器件成本更為低廉。利用石墨烯制備一些無源器件,例如,電阻器、電容器和天線等,以及制備二極管或簡單的場效應晶體管,有望帶來可在無線網絡環境下運行的柔性電路。利用石墨烯制成超薄、柔性電子有望進行模塊化集成,從而帶來超薄的移動器件。石墨烯超強承受機械應變性能,將使得超薄移動器件可折疊、堅不可破。通過在集成電路系統中引入一些基于石墨烯的全新功能,即通過引入分布式傳感器、制動器和控制器等,有望帶來家庭自動化、環境控制和辦公室自動化,使得生活更加美好、健康、舒適,也將為老年人、一線工人提供足夠的設施和安全保障。
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