我的電子情人夢(12) – 神的材料

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打開人類文明史,遠古石器時代,經歷了銅器時代(Cu)進入20世紀的工業時代(Fe),再進一步走到點矽成金(Si)的數位資訊時代,那麼,下一步的進化又是甚麼呢?先進文明國家的藍圖告訴我們,碳電子(C)時代乃是未來決勝戰場的重要領域。一個嶄新的「碳產業」已步上舞台,您相信嗎?

石墨烯(Graphene),尊稱為”神創造的材料”2010年諾貝爾物理獎的項目,就是石墨烯。

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說來有趣,石墨(graphite)或說黑鉛的理論研究,或是賦予苯芳香族化合物的特殊例,約是在1970年代開始。然而,研究與開發總是稀稀落落。真正起飛的時間點則是在2004年(故,獲得2010諾貝爾物理獎殊榮),關鍵在於石墨烯可以分離。爾後的論文或是學術發表文獻,就熱鬧非凡啦。

碳系材料的美好時代:

請允許我從碳纖維的美麗傳說來說起吧。綠色產業正夯,有在騎單車嗎?相信閣下多少對碳纖維有聽過的認知,也深受著鐵馬拜克群的歡迎,從車架、把手、龍頭、座墊到輪圈、車鞋、踏板,都可以碳纖維為材料。

夢幻飛機波音787的機身結構,有50%是由碳纖維複合材料所組成呢。

這說明了『卡夢(Carbon)』這個夢幻材料真的不是蓋的。這一切的成就,全部要歸諸於碳系材料。而且這個材料在未來的電子領域,會扮演很重要的角色。

奈米碳管CNT(Carbon Nano Tube)的發現與石墨烯(Graphene)微細材料的利用,包含鑽石結構半導體在內,碳電子有很大的潛力會改變電子零件與電子電路的機運。

比如說,當前正夯的真無線藍芽耳機,四處可見有採用石墨烯驅動單體的產品。

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所謂的奈米碳管,係指管狀的碳材料,碳原子呈現蜂巢狀薄片進一步成管狀。CNT是在1991年1月由日本筑波NEC實驗室的特別研究員”飯島澄男”所發現的。

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石墨烯(Graphene),又稱單層石墨,六角型呈現”蜂巢晶格”的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維材料。

石墨烯過去一直被認為是假設性的結構,無法單獨穩定存在。這個單位的基本認識在1962年,卻是直到了2004年,英國曼徹斯特大學兩位物理學家,成功地在實驗室中從石墨中分離出石墨烯,而證實它可以單獨存在,兩人也因「在二維石墨烯材料的開創性實驗」為由,共同獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

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那麼,為何會被尊稱為『神的材料』呢?這點可以從定性或定量的兩個面向來敘述石墨烯(Graphene)的魅力特質:

第一,從「最強的性質」面來說起:

*. 最薄又輕。

*. 載子移動度非常高:矽的100倍。此點可說是石墨烯的最大魅力之處。

*. 電流密度耐性高:銅的100倍。

*. 最強又硬 :與鑽石相當。

*. 熱傳導率很高:與奈米碳管CNT同等。

第二,從「獨一無二」的性質來說:

*. 高性能感應器機能 - 有機會檢測出一個有機分子。

*. 如觸媒般的機能 - 添加少量樹脂材料,可強化電子輸送機能。

*. 氫吸收機能 - 在低溫已經確認一定的效果。

*. 兩極性半導體 - 沒有添加濟也可以實現CMOS構造的半導體元件。

*. 常溫無散亂傳導的可能性 - 英特爾、富士通等高科技公司熱血研究中。

*. 僅歪斜在電子能量就如施加強磁場的效果 - 歪斜感應器的應用。

因此,不難想像當朝向電子裝置的材料用途時,其衝擊面可能有如彗星撞星球。

未來的高速晶體、高感度感應器、雷射、觸控面板、蓄電池、高效率太陽電池等,說不定會有另一片春天。「這種材料將改變你我生活」,此言有理 !







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陳乃塘 (NT)的沙龍
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