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超级理想的电极半导体材料:石墨烯

来源:半导体行业观察 作者:刘燚
2017/5/4 12:03:3239120
 
  难以预估的未来
 
  石墨烯的剥离技术也可能在未来改变柔性电子元器件的发展进程。一般来说,晶圆都是非常坚硬的,与这些晶圆整合在一起的设备也是同样的难以任意弯曲。Kim表示,使用这一技术,像太阳能和LED这样的半导体设备在未来都可能任意弯曲和扭转。
 
  *,三星已经开始了可弯曲、可折叠智能手机的设计工作,像 LG 甚至是国产 OPPO 也都已经开始探索柔性显示屏。三星目前呼声高,被认为 2019 年就能够发布折叠手机,该机型将会是 Galaxy X 系列,主要得益于自家技术的柔性 OLED 显示屏幕。
 
  事实上并非如此,一款真正可弯曲或可折叠的智能手机,除了柔性屏幕之外还有很多技术问题需要解决,尤其是内部组件,包括电池、电路和嵌入到主板上的各种元器件等等,这些东西也都要实现柔性可弯曲才算得上真正灵活多变。虽然从技术角度上来说,实现柔性内部组件可能要等待很长一段时间,但确实已经有这方面的研发成果了。
 
  事实上,该研究小组已经在麻省理工学院使用这一技术制造了一个柔性LED显示屏,来演示这一技术的可行性。“想象一下,如果你想在自己的汽车中安装太阳能电池,但是现在的技术很难在汽车中安装弯曲的太阳能电池,这一技术使得这成为了可能。”Kim表示。“未来这一技术可以在汽车上做涂层或者是整合到衣服中去。”
 
  未来,研究人员技术用这一技术设计“母片”,然后在这些母片上制作各种材料。利用石墨烯材料,研究团队希望能够制造出更多高性能的设备。目前,他们还在研究将这一技术应用到半导体设备和复合结构中去。
 
  “现在,使用特殊的材料成为一种趋势。”Kim表示,“以后,再也不需要担心芯片的成本了。使用这一技术,在母片上生成半导体设备,然后剥离之后重新使用,极大的降低了成本。”目前这一技术有麻省理工学院和LG电子研究中心合作的项目进行支持。
 
  由于石墨烯在散热、导电、透光等方面性能优良,并且韧性好、结构稳定,所以自发现以来得到了快速发展,其产业形态基本形成。有分析认为,到2020年石墨烯产业产值有望达到2.78亿美元,这显示其市场前景十分广阔。
 
  中国石墨烯制造处于地位
 
  石墨烯在中国落地已六年有余,有关石墨烯的身份角色及应用场景的争议从未停止过。也许有人会说这么好的东西,那价格铁定死贵啊,我等老百姓何时才能用上啊……
 
  其实石墨烯一点也不贵,因为条和第二条真正实现规模化、低成本、高品质的石墨烯生产线就在中国!在2013年底,宁波墨西科技有限公司和重庆墨希科技有限公司先后建成年产300吨石墨烯生产线和年产100万平米的生产能力的石墨烯薄膜生产线,并将石墨烯的制造成本从每克5000元降至每克3元。
 
  2015年年初,浙大教授高超成功研发了一种新型、廉价、无毒的铁系氧化剂,使石墨烯制备过程快、成本低、无污染,适用于工业化大规模制备。《自然—通讯》审稿人对该技术的评价是“该方法对石墨烯未来的进一步应用具有重要意义。”
 
  在石墨烯的应用上,中国研究人员也已拿出了有分量的成果。中科院重庆绿色智能技术研究院成功制备出国内首片15英寸的单层石墨烯显示屏,该项技术被应用于今年上市的一款名为“开拓者α”的手机,该手机在采用由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜等新材料后,手机触控屏幕不偏色不泛黄,色彩真实、纯净,通透性也比传统屏幕好,手机充电速率提高了40%,电池寿命延长了50%,电池的能量密度也增加10%。
 
  石墨烯的发现者安德烈·海姆曾公开表示,中国石墨烯的产业化水平处于地位。从申请数量这一指标来看,中国石墨烯产业技术创新战略联盟的统计数据显示,2015年中国石墨烯相关受理数量为7522件,居*,美、韩紧随其后。
 
  石墨烯为半导体制造开辟新路径
 
  目前国内约有400多家经营石墨烯业务的企业,将石墨烯作为主营业务的约70家,多呈小型、初创等特点。按经营业务划分,还可进一步分为粉材企业和膜材企业,前者数量约50家,后者约10家。
 
  “中国的石墨烯产业发展主要依托于民营企业、中小企业以及上市公司的投入,主要目的是为了解决现阶段产业提升转型。”中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春向界面新闻记者指出,国内的石墨烯产品多为针对两三年以内可以形成产业的应用。
 
  “例如将石墨烯添加到现有材料里提升其性能。”他说,“石墨烯的应用需要大量资金投入,三五年后才可能形成产业应用,民营企业很难有实力去进行布局。”
 
  石墨烯民用产品开发成为主流,是中国石墨烯行业现阶段的特点之一。该类产品直接面向个人消费者,产品的市场验证时间不长;工业类产品因为下游客户对材料的应用需要很多工程化的验证,则需要相对较长的验证时间,所以目前市场占比并不大。
 
  低端化为主,中国应用仍需努力
 

 
  在2014-2016年间,国内企业相继推出了石墨烯内衣裤、U形枕、轮胎、涂料、加热片、移动电源、保健用品等产品,多将石墨烯粉体添加至各类产品中改善性能,应用领域极广。但因用量较少且不发挥主要作用,石墨烯只能作为辅助材料使用,由此获得了“工业味精”的称号。
 
  随着技术的不断成熟和进步,石墨烯在半导体领域的应用形态和方式还会有很多。虽然石墨烯大规模产业化应用还没开始,但在各国政府和企业大量资金、人力、物力的投入下,相信已经不远了。
 
  但是,中国目前推出的石墨烯产品普遍呈低端化特点,还没有发挥石墨烯的“真正能量”。中国市场要想将石墨烯材料用于芯片等应用领域还有很长的路要走!
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