石墨烯具有一些非常特殊的物理性能,包括溶解性、吸附性等,其中在这些物理属性上格外引人注目:
石墨烯具有非常好的力学特性:石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。所以有人说:可以做一根连接地球和月球之间的长绳。
石墨烯有非常好的光学特性:在较宽波长范围内吸收率约为2.3%,看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%。
石墨烯还具有很好的电子效应:石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/V·s,这一数值超过了硅材料的10倍,是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是目前为止导热系数最高的材料,要知道铜的导热系数常温下才400 W/mK。
石墨烯最后两种特性,决定了它可以成为新的芯片材料。我在《未来》一书中就曾写过:人工智能+万物互联将成为新的基石,两者的组合将会产生无与伦比的威力,直接引发一场新的技术革命,而芯片技术的突破,将成为这次革命的真正引爆点芯片技术的突破,使得更大规模的运算变得更为普及。其中,AI芯片、石墨烯芯片将成为这次科技革命的新驱动力。
1965年,摩尔(Gordon Moore,英特尔联合创始人)提出:芯片制造技术的充足发展可让技术公司每两年缩小一次晶体管的体积。这就是著名的摩尔定律,但当微电路缩小到90纳米以下的时候,散热就成为最主要的问题,这直接导致了摩尔定律的失效。为了解决芯片的散热问题,必须采用新工艺或者新材料。而石墨烯因其超薄结构以及优异的物理特性,在芯片方面的应用展现出极为诱人的应用前景。
石墨烯材料的电子和空穴迁移率比传统的SiC 和Si 高很多,金属性石墨烯材料的费米速度为 υF= 8×10e5 m/s,室温电阻率为 ρ = 10E6 Ω-cm,性能优于最好的金属导体,甚至可以承受10e9 A/cm2 的电流,如果用石墨烯材料制作芯片的话,其工作频率有望超过 THz,我购买的最新的苹果电脑使用的是3.1 GHz Intel Core i5处理器,虽然不能简单的折算,但是可以想象,如果使用了石墨烯芯片,运算速度将会达到300倍的提升!
石墨烯芯片技术的突破,有望在普通的笔记本上开展现在云计算才能开展的工作。这使得更大规模的运算变得更为普及,而更大规模的运算将继续加速科学的进步!
任正非就曾经说过:“我认为这个时代将来最大的颠覆,是石墨烯时代颠覆硅时代”,石墨烯技术是我们必须经常关注的科技引爆点,这次,我们必须为这个21岁的四川成都小伙子曹原鼓掌、点赞,他所取得的成就,是人类科技进步的一大步,同时,这代表着新生的力量!也代表着年轻中国的力量!