石墨烯：支持未来信息技术发展的重要材料

石墨烯，一种最薄的分子材料。现在，它正被科学家看做下一代信息技术所倚重的重要材料。

近日，在由三位院士——中科院物理所研究员高鸿钧、中科院化学所研究员朱道本、北京大学常务副校长王恩哥——共同担任会议执行主席的香山科学会议上，与会专家以“新型二维晶体材料及在未来信息器件中的应用”为主题，重点探讨了 石墨烯的未来发展前景。

高鸿钧向《中国科学报》记者表示：“近年来，我国石墨烯研究取得了诸多成果，继续大力推进有望让基于石墨烯材料的新一代电子技术根植于中国。”

应用前景有亮点

石墨烯是由单层碳原子相互连接构成的一种六方点阵蜂巢状二维单层晶体结构，是世界上最薄的分子材料。

起初，物理学家们认为，完美的二维结构无法在室温下稳定存在。但在2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫采用剥离方法，用胶带将块体石墨不断减薄，首次获得了单层碳原子晶体材料石墨烯。他们也因此获得2010年诺贝尔物理学奖。

随后，石墨烯引发了新一轮二维晶体材料研究的热潮。

据高鸿钧介绍，石墨烯材料具有优异的电学性质，有望被用于制造新一代高性能电子学器件。去年，美国IBM公司成功研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，标志着向开发石墨烯计算机又迈进了一步。

南京大学电子科学与工程学院教授张荣则指出：“石墨烯还具有丰富的光学特性，是良好的透明导电薄膜。”随着制造成本不断降低，石墨烯还有可能被应用于触摸屏、LED等器件的制造。

制备方法是难点

目前，石墨烯材料的制备方法与控制、结构与物性调控、器件加工与特性等问题，是科学家着重研发的领域。其中，石墨烯的制备方法是我国专家关注的焦点。

相关专家认为，石墨烯的制备目标应是用于电子器件的“高质量石墨烯薄膜”以及用于化学储能领域的“石墨烯大规模合成”。

在短短八年的石墨烯探索历史中，科学家发明了“机械剥离法”、“液相化学剥离法”、“石墨烯氧化物还原法”等各种制备方法。

北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范一直致力于石墨烯材料制备方法的研究，并提出了在金属催化剂表面上制备石墨烯的“化学气相沉积法”。

他表示：“这种方法在制造低成本和高质量石墨烯上具有优势。”

面对未来更高的应用要求，上海交通大学化学化工学院教授冯新亮则指出：“传统的制备方法均难以提供结构和组成精密可控的石墨烯 纳米材料，无法满足在微电子和纳米光学器件等方面的需求。”

因此，与会专家认为，我国在石墨烯制备方法研究上还面临较大挑战。“挑战主要在于如何制备大面积、杂质缺陷可控的高质量单晶材料以及如何改进现有硅基工艺融合的石墨烯加工技术。”高鸿钧说。

抢占技术制高点

不久前，诺奖得主康斯坦丁·诺沃肖洛夫在听取了中国学者的学术报告后，盛赞我国石墨烯基础研究工作。

这让高鸿钧对我国石墨烯研究的前景信心倍增。“多年来，我国在石墨烯领域特别是材料生长方面已取得了突破性进展，SCI论文发表数量位居国际前列，研究水平也进入国际先进行列。”

同时，当前世界石墨烯研发领域已形成了一种新材料发现、物性研究、快速转化为工业化成果的模式，能将实验室的研究成果迅速转化为技术成果，并应用于实际生产生活。

对此，高鸿钧评价说：“这对国民经济的可持续发展和国防安全将产生深远影响，是一个对国家有重大战略意义的研究方向。”

在此次香山科学会议上，与会专家也一致认为，石墨烯的发展目前已进入关键阶段，我国科研工作者应利用现在的有利时机，以“新材料—新物性—新器件”为核心，抓住基础研究和成果转化两个重点，全方位开展石墨烯实用器件的应用研究，尽快抢占下一代信息技术制高点。