石墨烯(graphene)是世界上最堅硬的物質,同時也是最薄的一種二維材料,只有一層原子厚度,由碳原子組成。石墨烯在2004年由曼徹斯特大學(University of Manchester)的蓋姆(Andre Geim)和諾瓦索羅夫(Novoselov)所發現,他們在2010年獲得諾貝爾物理學獎。科學家們才剛開始測試石墨烯的潛在用途,以下列舉幾項:

1、控制「智能塵埃」的超級迷你天線

國際知名科技網站Giz Mag的一篇文章稱,微米大小的機器人現在面臨了發展的瓶頸,通訊的關鍵在於控制這些微小機器,但是,問題就在於他們太小了以至於難以控制。

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喬治亞理工學院(Georgia Tech)的研究人員發現,石墨烯能被製成超級迷你的天線,其運作功效與傳統材料的大型天線無異,科技距離創造微小機器群又更接近了一點。

2、電腦晶片

一片電腦晶片就包含了數百萬個電晶體,要進行複雜的運算不可缺少它們。科技網站Extreme Tech的文章寫到,石墨烯可讓工程師將數量驚人的電晶體置於晶片上,並且石墨烯的電子傳遞速度比起傳統材料要快上幾千倍。歸功於石墨烯的微小尺寸,如果研究人員有一天能成功的製作出石墨烯奈米帶(graphene nanoribbons),它所能攜帶的電晶體數量,將會是現在電腦晶片上的1萬倍。

柏克萊加州大學的研究人員正在對這方面的工作進行努力。他們尚未能夠確實掌握製作超薄奈米帶的技術——只有10到20個原子的厚度。如果任何一個原子錯位了,就可能讓整條奈米帶失效,但研究人員仍抱持樂觀態度面對。

3、吸收潛在有害波的塗料

石墨烯可以當作汽車或建築物外牆的一層薄塗料,用以阻絕高頻電磁波。石墨烯是一種透明的材質,因此塗在窗戶上也不會有任何問題。研究顯示電磁場對人體健康有負面的影響。石墨烯不會完全阻絕電磁波,但是能吸收部份的電磁波,因此也能提供一些防護作用。

4、太陽能

藉由石墨烯的幫助,太陽能電池的充電效率履創新高。2013年12月,牛津大學的研究人員在《美國化學學會期刊》(American Chemical Society journal)中發表了一份石墨烯塗層的太陽能電池實驗報告。

他們表示,「石墨烯奈米片提供了優越的電荷收集(charge-collection)……這些太陽能電池顯示出的能源轉換效率高達13.6%(先前的紀錄為8.6%),這表示石墨烯/金屬氧化物的奈米複合材料,對開發低成本的太陽能電池,有顯著的潛力貢獻。」

人造石墨烯

正當石墨烯處於研究開展的起飛之際,由盧森堡大學凱列薩奇(Efterpi Kalesaki)博士所帶領的一個由歐洲研究機構組成的團隊,開發了一種應用潛力更高的人造石墨烯。

人造石墨烯與天然石墨烯有同樣的結構,但是人造石墨烯不是由碳原子構成,而是由奈米厚度的半導體晶體組成。這些晶體可以在某種程度上被改變,但碳原子不行。
盧森堡大學發表的一份報告表示,「藉由改變奈米晶體的尺寸、形狀和化學性質,使得為了完成特定任務而量身訂做適合的材料成為可能。」

 

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