石墨烯的應(yīng)用前景（一）：“觸摸面板”最快于2012年面世
相當(dāng)于一層石墨的材料——石墨烯的研究開發(fā)在全球范圍內(nèi)正熱火朝天地展開。僅2010年發(fā)表的相關(guān)研究論文就超過(guò)了3000篇。其中中國(guó)科學(xué)院和新加坡國(guó)立大學(xué)(the National University of Singapore，NUS)在論文數(shù)量方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他研究機(jī)構(gòu)。而理應(yīng)在新材料開發(fā)上占有一定優(yōu)勢(shì)的日本研究機(jī)構(gòu)卻處于苦戰(zhàn)之中。
在應(yīng)用方面引領(lǐng)全球的國(guó)家是韓國(guó)。其中韓國(guó)三星電子已經(jīng)發(fā)表了多項(xiàng)應(yīng)用石墨烯的觸摸面板和高速晶體管等研究成果。
三星目前在產(chǎn)品化的競(jìng)爭(zhēng)方面也處于領(lǐng)先地位。因石墨烯獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的研究人員康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）和安德烈·海姆（Andre Geim）曾在諾貝爾獲獎(jiǎng)演講“Nobel Lecture”等上表示三星已經(jīng)制定利用石墨烯的產(chǎn)品群開發(fā)藍(lán)圖。開發(fā)藍(lán)圖中的第一個(gè)研發(fā)目標(biāo)就是把石墨烯用做透明導(dǎo)電膜的觸摸面板。另外三星還計(jì)劃于2012年推出配備有該石墨烯制觸摸面板的便攜終端。
三星曾于2010年6月宣布與韓國(guó)成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）共同制作出了30英寸（對(duì)角線約76cm）的石墨烯片。這一消息令全球震驚。這是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)數(shù)十cm對(duì)角線大小的石墨烯片一直是人們的夢(mèng)想。此前制出的最大石墨烯片最大僅能達(dá)到對(duì)角線為數(shù)mm～1cm（韓國(guó)曾實(shí)現(xiàn)了數(shù)cm對(duì)角線大小）。
相當(dāng)于10平方公里大小的食品保鮮膜
這個(gè)巨大石墨烯片的制作方法在某種意義上類似于諾沃肖洛夫所采用的使用粘著膠帶的“機(jī)械式剝離法”。機(jī)械式剝離法是先把粘著膠帶（最初使用了Scotch膠帶，后來(lái)使用的是日本的日東膠帶）貼在石墨上，然后通過(guò)揭下膠帶把石墨烯轉(zhuǎn)印到膠帶上。成均館大學(xué)等開發(fā)出的方法是采用卷對(duì)卷的方式把以CVD法制備于銅（Cu）箔上的石墨烯片轉(zhuǎn)印到大型樹脂片上。
有許多研究人員和技術(shù)人員對(duì)這一方法持半信半疑態(tài)度。這是因?yàn)?ldquo;假設(shè)石墨烯是厚度為10μm的食品用保鮮膜，采用這個(gè)方法就相當(dāng)于要把10km見方的保險(xiǎn)膜完好無(wú)損地粘貼下來(lái)”（某研究人員）。
不過(guò)，如果我們不要求像晶體管一樣的質(zhì)量的話，在觸摸面板用途中輕微的褶皺和破損可能并不會(huì)造成很大影響。或許可以說(shuō)正是因?yàn)橛|摸面板需要滿足的條件較低，才使得觸摸面板成為首個(gè)開發(fā)目標(biāo)。
當(dāng)然，在將石墨烯用于觸摸面板用途方面還存在幾個(gè)課題。一是導(dǎo)電性的確保和摻雜（Doping）的穩(wěn)定性。如果能夠制備出完全沒(méi)有缺陷的單層石墨烯片，那么光透過(guò)率將達(dá)到97％以上，幾乎呈透明狀態(tài)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)高柔性觸摸面板。然而由于純凈石墨烯的載流子遷移率較高，但同時(shí)載流子密度卻非常小，因此由兩者乘積所決定的導(dǎo)電率未必較高。為了解決這一問(wèn)題，需要摻入提供電子和孔洞的雜質(zhì)，也就是說(shuō)需要進(jìn)行摻雜加工。
成均館大學(xué)和三星等開發(fā)出的巨大石墨烯片由于最初的摻雜物（Dopant）隨著時(shí)間的流逝會(huì)逐漸消失等，因此導(dǎo)電率的不穩(wěn)定成為課題。這一課題將在今后的研究開發(fā)中予以解決。
產(chǎn)綜研等在制造方法開發(fā)方面奮起直追
在用于觸摸面板的石墨烯開發(fā)方面，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所也正在試制A4尺寸大小的石墨烯片和觸摸面板。其最大優(yōu)點(diǎn)在于與成均館大學(xué)的方法相比能夠在較低溫度下制備出石墨烯片，能夠采用卷對(duì)卷方式進(jìn)行包括CVD在內(nèi)的全部工序（參閱本站報(bào)道）。誰(shuí)將率先實(shí)現(xiàn)觸摸面板的投產(chǎn)？這一問(wèn)題最快會(huì)在未來(lái)的1～2年內(nèi)得到解答。（未完待續(xù)，記者：野澤 哲生）
摘自《技術(shù)在線》
