​石墨烯的特点以及应用领域

石墨烯的动态：

，石墨烯是由六边形结构的碳原子组成的二维结构，组成元素与铅笔芯石墨一样。都是同样的元素，导致不同性能表现的原因在于，原子排列结构不同。石墨烯的特殊结构导致它具有高强度、高硬度、高导热导电性能，以及几乎透明的光学特性。

第二，单层石墨烯当前还停留在实验室研发阶段，没有大规模的商业应用案例。媒体上报道的石墨烯电池，是指多层石墨烯，距离实现产业化应用至少5年以上。多层石墨烯通常与其他材料复合应用后，呈现多样化。

第三，尽管石墨烯行业处于产业初期，但依然需要密切跟踪它的研究成果，以及对于其他行业的颠覆性的影响。另一方面，也需要考虑一项技术产业化应用的时点，毕竟技术只有真正与行业真实需求相结合，它的价值才能化发挥。

石墨烯的特点以及应用领域：

一，芯片领域

石墨烯跟芯片有什么关系呢？

1.石墨烯具有的转角结构和超导特性。

2018年，科学家发现，当两层石墨烯之间有一个特别小的夹角的时候（大概1.1°），两层石墨烯的薄膜之间会交替出现超导和绝缘的区域，就像是汽油漂在水面上交替出现的彩色条纹一样。

这个现象让科学家们非常兴奋。它开启了一个被称为转角电子学的研究领域，1.1°这个角度，就被称为“魔角”。

而在这一次的研究中，人们发现了石墨烯一个更重磅的特性，就是通过一个小的电压变化，我们就可以控制这个超导现象的打开或者关闭。正是这个可控的特性，让科学家异常兴奋，甚至看到了未来芯片的一种可能。

像我们所熟悉的各种芯片，包括电脑的CPU、手机的AI芯片，还有大量的集成电路器件等等，它层的结构单元，其实就是逻辑开关。

所以，在遥远的地平线上，科学家们仿佛看到了一种全新的、构成芯片底层结构的可能，那就是用两层石墨烯的夹角结构，也就是“魔角”，构成逻辑开关的阵列。

而且这个阵列还有一个特别诱人的特性——那就是超导。

要知道现在芯片行业头疼的一个难题，就是晶体管发热的问题。而石墨烯夹角带来的超导特性，意味着这样的材料不会发热，因此格外吸引人。

不过平心而论，因为目前针对石墨烯器件的研究，普遍都在原理阶段。咱们说的这种新型芯片，距离实现看起来还非常非常远。

那为什么希望这么渺茫，科学家们还费尽心思地钻研呢？

这是因为，这种新型材料很有可能解决信息技术领域的“焦虑”——摩尔定律的极限。

我们知道，所谓摩尔定律是指单位面积的集成电路数量，平均每18个月就要翻一番。在过去半个多世纪的时间里，摩尔定律一直在延续。单个晶体管的大小，从原来的几百微米，缩小到了今天的7纳米。

所以，我们今天的一块手机芯片上，可以有100亿个晶体管。这些就是支持一个手机强大算力的基础设施。

但发展到这个地步，用于制作晶体管的硅材料，已经遭遇了“物理极限”——如果晶体管再小下去，很可能就会出现“量子效应”——也就是说，芯片会变得不稳定、不可靠。

可是人们对于算力的渴望又是无穷无尽的，就像上面说到的机器视觉超能力，也需要越来越高的算力才能实现。

所以在科研领域，有不少科学家都在尝试，不用传统的硅材料作芯片，尝试其他的材料。

在这些研究思路之中，有一条就是用碳基芯片代替硅基芯片，石墨烯就是其中之一。

这条关于石墨烯的进展之所以值得关注，简单来说，就是它通过一种可控的方式，实现了石墨烯在超导和绝缘之间的切换。这个切换，让石墨烯原料成为了一种开关，它能作为一种全新的芯片原理，延续摩尔定律的发展。

当然，这些都是从芯片材料的角度对于这项研究的解读。作为早期的学术研究，石墨烯转角结构很可能还会从超导原理、二维材料的设计等等其他方面，发挥意想不到的作用。