石墨烯的應用與發展趨勢

李雪

2017年11月16日，在第十九屆中國高新技術論壇開幕論壇上，諾貝爾物理學獎得主康斯坦丁·諾沃肖洛夫從物理學角度與觀眾分享了材料領域的進展與方向。

上世紀90年代之前，用于集成電路的化學元素主要集中在硅、鋁、磷等，此后硅谷眾多新興企業不斷取得重大進展，開始增加這些元素及其聚合物在材料領域的應用。康斯坦丁·諾沃肖洛夫表示，新材料將是未來的發展方向，對新型材料的研究也可以讓用戶在各種環境中提高材料的功能。如今，材料可以通過改性來滿足不同需要，更重要的是通過復合材料改變材料的物理與化學屬性，以便應用于建筑、航空、船舶及電子行業。對復合材料也將進行更深入的設計，比如從原子層面看，如果新材料能進行更好的層級化堆積，可以研究不同層級的物理屬性、組成邏輯、物理形態等等。

在這樣的背景下，定制化制造、增材制造是材料領域的熱點話題。對新元件、新工具進行定制化設計，通過簡單圖紙生成郵件直接發送，短短幾天就能收到真實的產品。康斯坦丁·諾沃肖洛夫表示，希望把這一“定制”理念帶入材料工程、材料設計領域。對不同的產品，其幾何形狀可以進行增材制造，選擇更具體的特定材料，進而擴展所有設備的功能性。化學產業已經在著手實踐，多肽的定制、修改人類胚胎基因、基因編程技術等都有了很大的發展，并已應用于多個領域。

談到自己的研究方向石墨烯，康斯坦丁·諾沃肖洛夫表示，現在他們可以創建系列二維材料、多種類二維材料及其產品組合，覆蓋了不同種類的半導體、超導體及其他石墨烯重要衍生物，基于這些材料建立平臺，讓這些新功能材料通過自定義堆疊組合成三維結構，提高維數，成為全新的三維材料，制造全新器件、在實驗室中進行排列組合嘗試，并與實際應用結合。如今，他們能夠直接打印這些材料，結合二維材料特別屬性將其組合，可以直接打印功能器件，比如太陽能電池、晶體管、LED燈絲等等。例如，利用石墨烯很強的光響應性、光響應度，結合射頻應用、物聯網應用，打印天線甚至直接打印傳感器。結合物聯網應用，石墨烯油墨可以適用RFID和傳感器，在電路板等定制化生產中實現大量應用。endprint