欢迎光临邯郸市启明碳素有限公司官网!
数十年专业石墨电极生产厂家
全国咨询热线:15226959268
联系我们
邯郸市启明碳素有限公司
电话:0310-7823970
手机:15226959268
邮箱:
地址 :河北邯郸市临漳县小平营工业区
联系人:景(经理)
您的位置: 首页>>新闻中心>>行业新闻
行业新闻

石墨烯:透明胶获得诺贝尔奖:石墨烯诺贝尔奖

时间:2023-08-25 16:03:55 点击:296次

尽管IT产品不断变化,但它们始终保持不变——它们都是基于基于半导体硅的估算。 但摩尔定律有其局限性。 因此,非硅估算成为研究热点。 去年10月,法国格拉斯哥学院的安德烈·海姆(André Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫( )因其对石墨烯的杰出研究而分享诺贝尔化学奖,这项研究使石墨烯能够用于量子计算、生物计算、光计算等硅计算替代品之中和碳纳米管,它脱颖而出。

摩尔定律已经结束

1958年,德州仪器公司的基尔比和仙童半导体公司的诺伊斯独立发明了集成电路,进而推动电子技术从电子管、晶体管进入集成电路时代。 基尔比因发明集成电路而获得2000年诺贝尔化学奖。 不幸的是,半导体行业历史上最著名的两家公司仙童和英特尔的创始人诺伊斯在10岁时因突发肾病去世。 几年前去世,没有获得诺贝尔奖。 事实上,半导体行业现在使用的是诺伊斯发明的平面工艺,尽管它与基尔比的工艺无关。

平面技术是通过研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等半导体加工技术在二维平面上制造晶体管、电阻、电容器和引线。 因此,要在晶圆上单位面积制造越来越多的晶体管等元件,唯一的办法就是不断提高工艺水平。

1965年,还在仙童半导体工作的戈登·摩尔为《电子》杂志撰文,预测未来集成电路中晶体管的集成度将每18至24个月翻一番。 这就是所谓的摩尔定理。

当人们在享受CPU制造工艺从65nm、45nm提升到现在的32nm带来的性能提升和帧率提升的好处时,却不知道处理技术的提升是有化学极限的。 据资料显示,当晶体管的基极宽度大于5nm时,晶体管就会因隧道效应而失效。

因此,寻找一种材料来替代硅工艺已经成为一个非常现实的问题。 量子估计和生物估计的性能虽然很强,但实际上是一个遥不可及的美好前景。 碳纳米管其实很出色,但就未来的技术实现而言,“安顿”这么多小管并不容易。

直到2004年,美国曼彻斯特学院的研究人员 Geim和 才对石墨烯的研究燃起了新的希望。

他终于用了“土”法

极硬的金刚石和厚重的石墨都是由碳组成的,但碳原子的晶体结构排列不同。 在足够高的水温和压力下,一般采用爆燃法,借助石墨可以生成微小的金刚石颗粒。 然而,Gem和发现,当石墨层薄至只有一个碳原子长度时,它不仅极其坚韧,而且还具有出色的电气特性。 这些具有惊人特性的石墨层被称为石墨烯。 石墨烯的制作方法并不像人造钻石那样暴力,相反非常温和。

2008年8月,盖姆在接受科学观察网站采访时讲述了他们如何制造石墨烯的故事(略)。

当时,盖姆购买了一大块高取向热解石墨,这是一种常用于解剖的石墨含量特别高的材料。 盖姆把它送给了他的一位新来的中国博士。 并送给他一台特殊的中级抛光机,希望他能制作出最薄的薄膜。 三周后,博士生拿起培养皿并告诉 Game 已经完成了。 盖姆用显微镜观察培养皿顶部的石墨斑点,发现它们厚达10微米,相当于1000层石墨烯的长度。 Game随后问他是否可以磨得更薄一些? 他告诉盖姆他需要另一块石墨。 要知道,这些石墨每块的售价约为 300 磅。 游戏承认自己当时的心态可能不太好,所以这位中国博士生对游戏说:“既然你这么聪明,你就自己尝试一下吧。”

比赛必须自己做,但他用的是很“土”的方式。 由于石墨具有完整的层状解理特性,可以逐层剥离。 于是,盖姆用透明胶水粘在石墨上,这样石墨层就粘在了胶纸上。 盖姆将胶水对折,粘住,然后将其分开。 这样,胶水的两端就覆盖了一层石墨层,石墨层又变薄了。 如此重复多次,当胶纸上的石墨层薄至一个碳原子长度时,石墨层就变成了石墨烯。

神奇石墨烯

很难想象,当几乎是矿物中最软的石墨(莫氏强度只有1~2)的石墨被“切割”成碳原子长度的薄片时,“性状”会发生如此大的变化。 强度高于莫氏强度10的金刚石,但硬度好,可弯曲。

石墨烯不仅是已知最薄的材料,也是导热性能最好的材料,而且其电特性更加出色。 较低条件下高达cm2/V·s的电子迁移率使石墨烯成为制造高速晶体管的希望。

明年1月22日,宾夕法尼亚州立大学电子光学中心宣布研发出半径为100毫米(4英寸)的石墨烯晶圆,其上集成了个石墨烯晶体管。 工程应用做得很好。 该中心的研究人员正在开发半径为 200 毫米的石墨烯圆盘。

2月6日,IBM宣布开发出石墨烯晶体管。 该研究由英国国防部中级技术研究项目局()资助。 据IBM称,石墨烯晶体管所使用的工艺与当前的硅半导体器件工艺兼容。

上述两项研究成果尤其是IBM的研究成果,促使石墨烯在成为硅的接班人的道路上迈出了实质性的一步。 这也促使那些觉得“集成电路发明后花了42年才获得诺贝尔奖,而石墨烯只用了6年,草率鲁莽”的指责者们有所收敛。 尽管摩尔定理只剩下十年的时间,但业界已经等不及接下来的42年了。

石墨烯也是一种非常透光的材料。 去年6月21日,《麻省理工科技评论》报道称,三星已经开发出柔性可弯曲的石墨烯触摸显示屏。

关于石墨烯还有很大的想象空间,至少石墨烯显示器商业化上市后,不需要薄膜来保护。

石墨块_石墨制品_石墨文档

记者手记

创新离不开奇思妙想

很难想象,这么多德高望重的技术精英,在恶搞诺贝尔奖上还能像孩子一样开心。 用“难以置信”来形容这些获奖项目确实是相当褒义的,用“冒险”或者“吃饱”可能更合适。 客机上会收集海豚的鼻涕,夏天把衣服穿在鞋子外面有助于防滑。

但在笔者看来,恶搞诺奖的真正意义在于非常重视非常规思维。 而这些创新思维对于科技研究来说是不可或缺的。 可惜的是,强烈的好奇心、奇思妙想等创新思维的重要要素,更多的是天真可爱的儿子们所具备的。

诺贝尔化学奖获得者中,被誉为纳米之父的理查德·费曼( )应该是最贪玩的一个。 书名《加油,费曼先生:科学顽童的故事》似乎更合适。 费曼不仅和爱因斯坦解释了相对论,还研究了赌博和赌徒输赢的概率,基于科学知识的恶作剧伴随了他一生。 1965年,他因量子电动力量热法的研究获得诺贝尔化学奖,这项研究源于他在康奈尔学院奶茶厅看到的中学生投掷的盘子上图案的变化。

盖姆使用的神器——透明胶水,也有一个打破规则的传说。 3M公司的研究员卓尔个人对胶水的研究很着迷,但他的老板要求他改进砂纸技术。 于是卓尔只好私下学习。 最后于1925年推出了透明胶。扩展的透明胶和其他胶水已成为3M的重要收入来源。 透明胶的发明和研究员Palm Gost对反光涂料的私人研究,最终确立了3M为研究员提供15%免费研究时间。

有人说,海姆的中国博士生因为放弃制备石墨烯而与诺贝尔奖失之交臂。 虽然这么说有失公允,但博士生采取的技术路线是错误的。 无论多么中级的抛光机,即使有铁杵磨成针的精神,也不可能将石墨块磨成单个原子长度。

事实上,这位博士生迷失在对待失败的态度中。 面对用了3周时间、用了最好的设备却失败的结果,他选择了放弃。 Gaim看到这次失败证明传统方法行不通,于是他想出了使用透明胶水的异想天开的想法。