延续摩尔定律的新材料-石墨烯
石墨烯介绍
获奖者2010年10月5日，2010年诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的研究。
PPT1安德烈·海姆，1958年10月出生于俄罗斯，拥有荷兰国籍，父母为德国人。
1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位。
他于2001年加入曼彻斯特大学，现任物理学教授和纳米科技中心主任。
之前拥有此荣誉头衔的人包括卢瑟福爵士，卢瑟福于1907-1919年在曼彻斯特大学工作。
他至今发表了超过150篇的文章，其中有发表在自然和科学杂志上的。
他获得的奖项包括2007年的Mott Prize和2008年的Europhysics Prize。
2010年成为皇家学会350周年纪念荣誉研究教授。
在2000年他还获得“搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。
10年后的2010年他获得诺贝尔物理学奖。
2010年医学奖：荷兰的两位科学家发现哮喘症可用过山车治疗。
和平奖：英国研究人员证实诅咒可以减轻疼痛。
PPT2康斯坦丁·诺沃肖洛夫，1974年出生于俄罗斯，具有英国和俄罗斯双重国籍。
2004年在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。
是安德烈·海姆的博士生。
曼彻斯特大学目前任教的诺贝尔奖得主人数增加到4名，获得诺贝尔奖的历史总人数为25位。
发现石墨属于混晶，为片层结构，层内由共价键相连，层间由分子间作用力相连。
共价键是比较牢固的，但分子间作用力（范德华力）小得多。
因此，石墨的单层是牢固的，而层间作用力很小，极易脱落。
2004年，他们发现了一种简单易行的新途径。
他们强行将石墨分离成较小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用一种特殊的塑料胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。
不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，而其中部分样品仅由一层碳原子构成——他们制得了石墨烯。
结构PPT3，4石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料。
石墨烯研究进展及其应用现状
石墨烯研究进展及其应用现状王浩【摘要】作为一种新材料,石墨烯具有独特的物理结构特点和优异的应用性能,近年来石墨烯的应用研究占据重要的地位.综述了目前的研究现状和应用现状:综合分析其应用领域,由此分析石墨烯的综合价值和发展潜力,并根据石墨烯被确认的物理化学特性深入探讨其研究价值.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2018(019)005【总页数】4页(P51-54)【关键词】石墨烯;物理化学特性;应用;研究进展【作者】王浩【作者单位】西南石油大学材料科学与工程学院,成都610500【正文语种】中文近年来，石墨烯应用成果频频。
随着石墨烯应用的深入研究，石墨烯的物理化学特性也被进一步挖掘出来。
而前人的文章中也指出，关于石墨烯的研究成果，就关于它的文献数量来看，可以说是每天递增[1]。
而石墨烯本身，除了导电性、比表面积大等优越性能之外，更是因其原子级别的独特结构特性具有着量子性质的应用特性，如量子霍尔效应，使得其在导电性能微观层面上的表现更为独特。
本文通过对石墨烯的研究进展和应用成果的介绍，深入分析石墨烯的应用价值和应用前景，对石墨烯目前的研究进行综合梳理，并且介绍其在材料领域中的实际应用。
1 石墨烯介绍石墨烯，一般为单原子层结构，而特殊情况下，由于多维空间上形成的连接和接触，石墨烯本身的单层结构之间会形成一定的联系，形成第二种情况—多层石墨烯片层结构。
对于单层石墨烯结构，本质上为单层性质的石墨原子构成，但由于目前研究手段的有限性以及石墨烯单层晶体结构不同于其他晶体(晶体结构受热涨落影响而变化)的稳定晶体结构特性，目前人们似乎对其具体的结构尚且无法得知[1]。
也因为其晶体结构的稳定性，前人设计出一系列制备石墨烯的方法。
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
从微观结构上理解，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格(类似苯环结构)的二维碳纳米材料，其结构特征被称为莫比乌斯环拓扑特征 [2]。
碳纳米管;石墨烯;及碳纳米管-石墨烯复合材料
目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................. I I 1 石墨烯. (1)1.1 石墨烯简介 (1)1.2 石墨烯的结构和性质 (2)1.2.1 石墨烯的结构 (2)1.2.2 石墨烯的性质 (4)1.3 石墨烯的表征 (5)1.4 石墨烯的主要制备方法 (6)2 碳纳米管 (8)2.1 碳纳米管的发现及发展历程 (8)2.2 碳纳米管的结构和分类 (9)2.2.1碳纳米管的结构 (9)2.2.2碳纳米管的分类 (11)2.3 碳纳米管的生长机理 (12)2.3.1 顶部生长机理 (12)2.3.2 底部生长机理 (13)2.4 碳纳米管的性能 (14)2.4.1 碳纳米管的力学性能 (14)2.4.2 热学性能 (14)2.4.3 碳纳米管的电学性能 (15)2.4.4 光学性能 (16)2.5碳纳米管的制备 (16)2.5.1 电弧放电法 (16)2.5.2 激光蒸发法 (17)2.5.3 化学气相沉积法 (18)2.6.碳纳米管的预处理 (19)2.6.1 碳纳米管的纯化 (19)2.6.2 碳纳米管的分散 (19)2.6.3碳纳米管的活化 (20)2.7碳纳米管的应用 (20)2.7.1 在电磁学与器件方面 (20)2.7.2 在信息科学方面 (21)2.7.3 储氢方面 (21)2.7.4 制造纳米材料方面 (21)2.7.5 催化方面 (22)2.8 存在问题及发展方向 (22)3碳纳米管/石墨烯复合材料 (22)3.1 从碳纳米管、石墨稀到碳纳米管/石墨稀复合材料发展历程 (22)3.2 碳纳米管/石墨烯复合材料结构 (23)3.3碳纳米管/石墨稀复合材料的制备 (24)3.3.1电化学序列自组装沉积法 (24)3.3.2 CVD法 (25)3.4 碳纳米管/石墨烯复合材料研究进展 (25)4结论 (28)5 参考文献 (28)摘要自从2004年发现石墨烯以来，由于其和二维结构相关的优异性能，石墨烯很快就成为材料科学和凝聚态物理研究的热点课题。
延续摩尔定律
延续摩尔定律摩尔定律是计算机领域发展的重要法则，它预测了集成电路芯片性能的指数级提升。
然而，随着时间的推移，摩尔定律面临着挑战。
虽然集成电路的规模和复杂度不断增长，但芯片技术却逐渐接近其物理极限。
因此，我们需要寻找一种新的方法来维持计算机性能的提升速度。
要延续摩尔定律，我们需要在多个方面进行创新。
首先，我们可以考虑使用新材料来替代传统的硅。
例如，石墨烯是一种具有出色导电性和热导性的材料，它可以用于制造更快、更节能的芯片。
还有铁电材料，它具有记忆效应，可以用于开发更高密度的存储器。
其次，我们可以探索新的计算模型。
传统的冯·诺依曼计算模型已经使用了几十年，但它的瓶颈在于数据处理速度无法跟上存储速度。
因此，我们可以尝试开发一种基于量子计算或神经网络的新模型，以加速计算过程。
此外，优化芯片的架构也是延续摩尔定律的关键。
通过设计更高效、更紧凑的电路，我们可以提高集成电路的性能。
例如，片上系统（SoC）的设计将不同功能模块集成到一个芯片上，减少了延迟和功耗。
除了技术创新，合作也是延续摩尔定律的重要因素。
学术界、产业界和政府需要共同努力，共享资源和知识，推动技术的发展。
建立开放的合作平台，促进技术转移和人才培养，将有助于加快创新的步伐。
最后，我们需要考虑可持续发展的角度。
虽然摩尔定律的延续可以带来更强大的计算能力，但也伴随着能源消耗和环境压力的增加。
因此，在继续推动计算机技术进步的同时，我们也应该注重能源效率和环保意识，开发低能耗的芯片和节能的计算方案。
摩尔定律的延续是计算机技术发展的关键，通过多方面的创新、合作和可持续性的考虑，我们可以找到新的路径，继续推动计算机性能的提升。
只有不断进取，我们才能迈向更加先进、高效的数字时代。
二维材料延续摩尔定律
二维材料延续摩尔定律二维材料是指在一个原子层面上具有特殊结构和性质的材料。
与三维材料相比，二维材料由于其独特的结构和尺寸效应，展现出了许多非常有趣和重要的特性。
在近年来的研究中，二维材料的发展呈现出了与摩尔定律相似的趋势，即二维材料的性能随着时间的推移而迅速提升。
摩尔定律是由英特尔创始人戈登·摩尔在1965年提出的，它预测了集成电路中晶体管数量的增长速度。
摩尔定律认为，集成电路上晶体管的数量每隔约两年翻一番，同时价格会下降一半。
这个定律成为了全球半导体产业发展的基石，也推动了现代计算机技术的迅猛发展。
二维材料的研究和发展也遵循了类似的规律。
自从2004年诺贝尔物理学奖得主安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现了石墨烯，人们对二维材料的研究就开始迅速发展起来。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有出色的导电性、热导性和力学强度。
由于这些优异的特性，石墨烯被广泛认为是下一代电子器件和能源存储技术的重要组成部分。
随着对石墨烯的研究不断深入，人们开始关注其他二维材料的发展。
例如，二硫化钼、二硒化钼和氮化硼等材料也展现出了许多有趣的性质。
这些二维材料不仅具有石墨烯类似的导电性和热导性，还具有其他特殊的电子、光学和力学性质。
这些特性使得二维材料在电子学、光电子学、催化剂和传感器等领域具有广阔的应用前景。
与摩尔定律类似的是，二维材料的性能也在不断提升。
研究人员通过不断改进制备方法和优化材料结构，成功地合成了更多种类的二维材料，并实现了对其性能的精确调控。
例如，通过控制二维材料的厚度和形状，可以调节其光学吸收和发射的波长范围，实现对光学器件的定制设计。
此外，通过在二维材料中引入缺陷或掺杂其他元素，也可以调控其电子结构和化学反应活性，进一步扩展其应用领域。
除了性能的提升，二维材料的制备和应用也在不断进步。
研究人员已经开发出了许多高效、可控的制备方法，使得大面积的二维材料合成成为可能。
石墨烯对比碳纳米管材料
石墨烯对比碳纳米管材料2005年，国际半导体技术线路图(ITRS)委员会首次明确指出在2020年前后硅基CMOS 技术将达到其性能极限。
后摩尔时代的集成电路技术的研究变得日趋急迫，很多人认为微电子工业在走到7纳米技术节点之后可能不得不面临放弃继续使用硅材料作为晶体管导电沟道。
在为数不多的可能替代材料中，碳基纳米材料被公认为最有可能替代硅材料。
2008年ITRS新兴研究材料和新兴研究器件工作组在考察了所有可能的硅基CMOS替代技术之后，明确向半导体行业推荐重点研究碳基电子学，作为未来5~10年显现商业价值的下一代电子技术。
美国国家科学基金委员会(NSF)十余年来除了在美国国家纳米技术计划中继续对碳纳米材料和相关器件给予重点支持外，在2008年还专门启动了“超过摩尔定律的科学与工程项目”，其中碳基电子学研究被列为重中之重。
其后美国不断加大对碳基电子学研究的投入，美国国家纳米计划从2010年开始将“2020年后的纳米电子学”设置为3个重中之重的成名计划(signatureinitiatives)之一。
除美国外，欧盟和其他各国政府也高度重视碳纳米材料和相关电子学的研究和开发应用，布局和继续抢占信息技术核心领域的制高点。
碳纳米管材料中，最有可能替代硅的有两个，碳纳米管和石墨烯。
在石墨烯获得诺贝尔奖之前，碳纳米管一直被认为是最有可能代替硅的半导体材料，而如今，由于石墨烯在全球范围内的狂热，似乎有代替碳纳米管之势，那么，石墨烯和碳纳米管，究竟谁能堪当大任呢？碳纳米管集成电路的研发优势与发展现状1991年，日本NEC公司的饭岛澄男在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由碳分子组成的管状同轴纳米管，也就是现在被称作的碳纳米管CNT，又名巴基管。
碳管材料具有极为优秀的电学特性。
室温下碳管的n型和p型载流子(电子和空穴)迁移率对称，均可以达到10000cm2/(V?s)以上，远超传统半导体材料。
化学与材料论文
化学与材料论文——石墨烯一( 前言石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。
因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。
本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。
石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的热潮。
二(石墨烯的生产加工方法及化学原理物理方法:1.微机械剥离法:通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。
2.印章切取转移印制法: 在印章突起的表面上涂上一层转换层( 可用树脂类材料通过旋转涂布法均匀涂于表面, 其作用像胶水那样黏附石墨烯) , 在300psi 及室温下, 将这种印章按压在石墨上, 高压下印章边缘产生极大的剪应力, 使得石墨烯层从石墨上分离下来。
类似地, 将石墨烯层从印章上转移到器件上同样需要固定层0( 要求这种转换层0与石墨烯间的作用力远大于转换层0与石墨烯间的作用力) , 经类the real implementation of the "quasi, ruthless. Tough," requirement, carry forward the spirit of a nail, and the corrective measures The implementation of the nerve endings, do not let the rectification is not in place, not to retreat, the people are not satisfied. Pin four is to adhere to the reform and innovation. To reform the way of thinking and innovative courage to turn style, against four winds, the courage toface the contradictions, good at solving the chronic ills, dare to break the outdated customs and bad habits Hensha unhealthy tendencies, trees, fresh healthy. The five is to adhere to tackling the problem. That is the wind Su Ji and the education supervision combined, in order to establish a new system to promote the normalization of style building, long-term, to enhance the party spirit of honest and pragmatic people thought conscious action. The six is to insist on the completion of the third grasp the overall situation. Activity and end This year the goal of safety production work plan for next year, work together, to promote the activities and the work of production safety with both hands, two promotion, two not mistake. Two, rectification of the overall objectives and specific objectives: (a) the overall path around the "four focus", carried out the outstanding problems of the special rectification, the full implementation of the central and provincial Party committee clear the rectification task, effectively curb the "four winds", realize the overall improvement of Party and government. The point is: focus on the people, the people, convenience, and resolutely curb the bureaucratic style of work; looking to stimulate grassroots vitality, resolutely curb the Wenshan sea; focus on the cadres honest, clean government, politics, and resolutely curb exceed the standard Quasi occupied office space, Gongjusiyong, public funds, extravagance of the wind; focus on establish a correct view of achievements, the concept of power, and resolutely curb acts against the interests of the masses. Accelerate the system reform and construction, improve the people honest and pragmaticnormalization system, constantly consolidate and expand educational practice achievements, make people satisfied. The recent reform goal: Political Quality Bureau and all Party members and cadres, further improve the quality of the business; the "four winds", "two" problem has been effectively solved. The middle goal of the reform: "opposition party and government austerity waste似的操作使得石墨烯从印章上剥落下来。
石墨烯
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G
制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
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太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。 “天梯”作为一个科学概念，最早是于1895年、、、
1999 年，Rodney S. Ruoff 等将HOPG 上刻 蚀出的石墨柱在硅衬底 上涂抹，得到了厚度小 于10 nm 的石墨片层
Philip Kim 在HOPG 的表面上刻蚀出石墨柱 之后，用精密操作手将其转移到 AFM 的悬 臂上固定好，然后以悬臂上安装的石墨柱为 针 尖 ， 在 SiO2 /Si 衬 底 上 进 行 接 触 模 式 ( Contact Mode) 下的操作。
2008年01月09日 深圳特区报
不得了的石墨烯
美华裔科学家将让网速快万倍 将石墨烯铺展在一个硅波导 管的顶部，建造出了这款能打开 或关闭光束的光调制器(调制器是 控制数据传输速度的关键)，把电 子信号转化成光学信号传输数字 信息。
2011年05月24日 温州都市报
不得了的石墨烯
英将石墨烯聚光能力提高20倍
石墨烯 神奇特性
石墨烯 新闻时讯
石墨烯 矫正型 石墨烯 制备方法 公关沟通 研究进展
石墨烯的制备方法
• HOPG微机械剥离法
石墨烯
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
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石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
Lammps 石墨烯实例
一、简介1.SiC热分解制备石墨烯自2004年Novoselov、Geim和合作者们从石墨上剥离出世界上第一种二维材料——单层石墨：石墨烯（Graphene）以来，石墨烯就受到了科技界的广泛重视[1]。
Novoselov 和Geim两人因此在2010年获得了诺贝尔物理学奖。
因为石墨烯的独特特性，在许多技术领域例如光电子学上它都被寄予厚望。
研究石墨烯这种材料相关的物理化学特性和发展大面积、高质量生长石墨烯的技术，同时将其与器件物理学联系起来是我们研究和应用石墨烯的必由途径。
石墨烯是由碳元素组成的二维六边形材料，其在光学、电学、热学、力学等性质十分优异。
它有可能在后摩尔定律时代成为硅（Silicon）的继任者，在单分子气体传感器[2]、自旋电子学[3]、量子计算[4]、太赫兹振荡器[5]等等领域发挥重要作用。
如今，从石墨上剥离出石墨烯仍然是一种重要的石墨烯制备方方法。
然而，这种方法产生的石墨烯大小通常不超过1000 μm2，只适合实验室研究，尚不能在工业上大规模应用。
科学家发展了其他的石墨烯制备方法，包括将石墨烯视作一种薄膜来生长的化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）法、热分解碳化硅法（SiC thermal decomposition）、氧化石墨烯还原法（Graphene oxide reduction）等。
CVD法通过使含碳气源在有催化作用的金属表面分解或者使溶入到这些有催化作用的金属中的碳（C）发生表面偏析，使得在金属表面生成石墨烯或者多层石墨烯（Few-Layer Graphene, FLG）。
能否直接在半导体/绝缘体上生长石墨烯呢？碳化硅热分解成功的解决了这一问题。
最早试图使六方晶系的SiC晶体石墨化的研究报告见于1961年，Badami在高温和真空环境下得到了发生了一定石墨化的SiC[6]。
在一定的退火条件下，SiC晶体表面发生热分解，Si原子发生解吸附，而C原子留下来重新排列和组合可以生长成外延型的石墨烯层[7]。
21世纪发明的神奇材料
21世纪发明的神奇材料石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的片状结构的新材料，是只有一个碳原子厚度的二维晶体材料。
把石墨烯卷成圆筒形，就是一维的碳纳米管。
把石墨烯堆起来，就成为三维的石墨。
与金刚石一样，它们都是碳的大家庭成员。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学的二位物理学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在。
这以后，制备石墨烯新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，把石墨烯及其广泛应用带入工业化生产领域已为时不远了。
因此，两人共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯的发现，之所以意义重大，是因为它创造了诸多“纪录”。
----石墨烯是世上最薄的材料。
石墨烯只有0.34纳米厚，十万层石墨烯叠加起来的厚度大概等于一根头发丝的直径，人们用肉眼是看不见它的。
----石墨烯是人类已知强度最高的物质。
它比钻石还坚硬，单位重量的强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。
哥伦比亚大学的物理学家用金刚石制成的探针测试石墨烯的承受能力，它们每100纳米距离上可承受的最大压力竟然达到了2.9微牛左右。
这意味着，“如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品”。
----石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快。
在石墨烯中，电子能够以极为高速地迁移，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，迁移速率可达光速的三百分之一，远远高出其在碳纳米管以及硅、铜等传统半导体和导体中的速率。
电子在石墨烯里边好像没有质量一样，运动速度非常快。
因为有了电子能量不会被损耗的特点，使这种材料具有了非比寻常的优良特性。
”----它的另一特性让材料学家更为惊喜，该材料几乎完全透光，透光率在97%以上。
----它导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。
摩尔定律的延续的3种途径
摩尔定律的延续的3种途径摩尔定律是计算机行业中一个非常重要的法则，它指出集成电路上的晶体管数量每隔18-24个月就会翻倍。
这个定律已经持续了几十年，并且在计算机技术的发展中发挥了巨大的作用。
然而，随着时间的推移，摩尔定律不可避免地会面临一些挑战，因此科学家们一直在寻找延续这一定律的方法。
接下来，我将介绍三种延续摩尔定律的途径。
一种延续摩尔定律的途径是采用新材料。
传统的硅基集成电路在摩尔定律下发展了几十年，但在面对更小的尺寸和更高的功耗时，硅材料的局限性变得越来越明显。
因此，科学家们开始寻找替代材料，如石墨烯、碳纳米管等。
这些新材料具有更好的导电性能和更小的体积，有望在未来取代硅材料，延续摩尔定律的发展。
另一种延续摩尔定律的途径是采用新的制造工艺。
随着集成电路尺寸的不断缩小，传统的制造工艺已经无法满足需求。
因此，科学家们正在研究开发新的制造技术，如纳米级制造技术、自组装技术等。
这些新技术可以实现更高的精度和更低的成本，有望在未来推动摩尔定律的延续。
还有一种延续摩尔定律的途径是采用新的计算架构。
传统的冯·诺依曼架构在摩尔定律下得到了广泛应用，但随着集成电路规模的进一步增大，冯·诺依曼架构的瓶颈也逐渐显现出来。
因此，科学家们开始研究新的计算架构，如量子计算、神经网络等。
这些新的计算架构可以实现更高的计算速度和更低的功耗，有望在未来延续摩尔定律的发展。
延续摩尔定律的途径有很多种，但其中最重要的三种途径是采用新材料、新的制造工艺和新的计算架构。
这些途径都是科学家们为了应对摩尔定律面临的挑战而进行的努力，希望能够继续推动计算机技术的发展。
相信随着这些途径的不断探索和发展，摩尔定律将继续在未来发挥重要的作用，推动计算机技术迈向新的高度。
石墨烯的应用前景
石墨烯的应用前景石墨烯的应用前景：弓|言碳原子呈六角形网状键合的材料“石墨烯”具有很多出色的电特性、热特性以及机械特性。
具体来说，具有在室温下也高达20万cm^Vs以上的载流子迁移率，以及远远超过铜的对大电流密度的耐性。
为此，石墨烯有望用于高速晶体管、触摸面板、太阳能电池用透明导电膜，以及成本低于铜但与铜相比可通过大电流的电线等。
另外，在目前可以制作的片状材料中，石墨烯的厚度最薄、比表面积也较大。
而且，还具有超过金刚石的强度、弹性模数和导热率。
如果没有缺陷的话，即便是单层石墨烯，也不会通过大于氦(He)原子的物质。
这些性质可以使石墨烯作为电池的电极材料、散热膜、MEMS传感器，或是理想的阻挡膜(Barrier Film)。
与其他材料相比，石墨烯还拥有许多极为特殊的性质。
例如，在室温下也可呈现量子霍尔效应；可实现名为“Klein Tunneling”的、透射率为100%的通道效应；电阻值为固定值而与距离无关的“弹道输运”(Ballistic Transport)的有效距离较长；按照由石墨烯上的自由电子来描述中微子的方程式(韦尔方程，Weyl Equation)，石墨烯可以像质量为零的粒子一样运动；而且，石墨烯具有被称为“赝自旋(Pseudospin)”和“赝磁场”的、宛如存在电子自旋和磁场的特性；石墨烯还拥有负折射率，等等。
这些特性可以使石墨烯用于超高精度的气体传感器和应变传感器等。
本系列将介绍在实际应用中利用石墨烯的各种出色性质或特殊性质的先端技术。
(未完待续，记者：野泽哲生)石墨烯的应用前景(一)：“触摸面板”最快于2012年面世相当于一层石墨的材——石墨烯的研究开发在全球范围内正热火朝天地展开。
仅2010年发表的相关研究论文就超过了3000篇。
其中中国科学院和新加坡国立大学(the National University of Singapore，NUS)在论文数量方面远远领先于其他研究机构。
对摩尔定律的发展,现在面临的挑战以及可能的解决方案的简述
对摩尔定律的发展，现在面临的挑战以及可能的解决方案的简述作者：曹阳软件工程摘要：简述了摩尔定律的发展，现在面临的挑战以及可能的解决方案，同时讨论了“超摩尔定律”的可能的发展方向。
关键词：摩尔定律；超越摩尔定律；正文：1965年，摩尔在《电子学》杂志上所发表的《让集成电路填满更多的组件》中首次提出了著名的摩尔定律，预言芯片中的晶体管数量将每年增加一倍。
随后在1975年，摩尔又在IEEE国际电子组件大会上提交了一篇论文，将摩尔定律由“每一年增加一倍”修改为“每两年增加一倍”。
而最为流传广范的版本“每18个月增加一遍”却在1997年被摩尔本人所否认。
这种趋势已经持续了超过半个世纪，然而摩尔定律仍然应该被认为是观测或推测，而非物理或自然法。
1959年，半导体厂商仙童公司推出了平面型晶体管，又在1961年推出了平面型集成电路。
这种平面制造工艺是用光刻技术来刻蚀出半导体的元器件，如二极管、三极管、电阻和电容等。
光刻"的精度不断提高是元器件的密度提高的关键，因而具有极大的发展潜力。
因此平面工艺被认为是"整个半导体的工业键"，也是摩尔定律问世的技术基础。
摩尔定律在后来的发展中得到了很好的验证。
1975 年，在一种新出现的电荷前荷器件存储器芯片中，的确含有将近65000 个元件，与1965 年摩尔的预言一致。
另据Intel公司公布的统计结果，单个芯片上的晶体管数，从1971 年4004 处理器上的2300 个，增长到1997 年Pentium II处理器上的7.5 百万个，26年内增加了3200 倍。
如果按 " 每两年翻一番" 的预测，26 年中应包括13 个翻番周期，每经过一个周期，芯片上集成的元件数应提高2n倍(0 ≤ n ≤ 12)，因此到第13 个周期即26 年后元件数与实际的增长倍数3200 倍可以算是相当接近了。
1994 年初，美国LSI公司研制成功集成度达900万个晶体管的逻辑芯片；1997 年，Intel推出了包含750 万个晶体管的奔腾处理器，这款新产品集成了Intel MMX媒体增强技术，专门为高效处理视频、音频和图形数据而设计。
摩尔定律 新材料
摩尔定律新材料摩尔定律是计算机科学领域一个重要的定律，它预测了集成电路上的晶体管数量将会以每两年翻一番的速度增长。
然而，随着摩尔定律的逐渐失效，传统的硅基材料已经达到了物理极限。
因此，人们迫切需要新的材料来替代传统的硅材料，以继续推动计算机技术的发展。
新材料在摩尔定律的背景下变得尤为重要。
传统的硅材料面临着多方面的限制，如功耗、尺寸和散热等问题。
而新材料则能够提供更好的性能和更小的尺寸。
例如，石墨烯是一种具有独特电子传输性能的新材料，它具有高导电性、高迁移率和优异的机械强度。
石墨烯的引入可以显著提高芯片的性能，并且能够实现更小尺寸的集成电路。
除了石墨烯，还有许多其他新材料也在被研究和应用于集成电路中。
例如，碳纳米管具有优异的电子输运特性和机械性能，可以用于制造高性能的晶体管。
硒化铟是一种新型的二维材料，其具有可以调控的能带结构，可以用于制造高效的光电器件。
还有许多其他材料，如磷化铟、氮化镓等，也在不同程度上展示了优异的性能。
新材料的引入不仅可以提高集成电路的性能，还可以改善能源效率。
能源问题是当前社会面临的一个重要挑战，而新材料可以提供更高效的能源转换和存储方式。
例如，钙钛矿太阳能电池是一种新型的高效能源转换器件，具有较高的光电转换效率和较低的制造成本。
此外，新材料还可以用于制造高性能的电池和超级电容器，提高能源存储效率。
然而，新材料的应用也面临一些挑战和难题。
首先，新材料的制备和加工技术相对较新，需要进一步的研究和发展。
其次，新材料的市场规模相对较小，对于制造商来说，生产新材料的成本可能较高。
此外，新材料的可靠性和稳定性也需要更多的验证和测试。
总的来说，新材料在摩尔定律的背景下具有重要的意义。
它们有望解决传统硅材料面临的限制，并推动计算机技术的发展。
同时，新材料也可以提高能源效率，应对能源问题。
尽管面临一些挑战，但新材料的研究和应用将会给科技领域带来新的突破和机遇。
我们期待着新材料的发展，以推动科技的进步和社会的发展。
石墨烯材料的介绍
石墨烯（Graph ene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。
是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至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，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。
石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。
石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。
石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结尾)。
石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。
石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。
这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。
石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。
摩尔定律面临的挑战
IBM公司的研究 人员在一个硅芯片上 放臵了1万多个碳纳 米晶体管，碳纳米晶 体管的电子比硅质设 备运行得更快。它们 也是晶体管最理想的 结构形式。这些优异 的性能将成为替代硅 晶体管的原因，同时 结合新芯片设计架构， 未来将使微型等级芯 片实现计算机创新。
后硅时代最有希望的一 种晶体管材料是石墨烯。石 墨烯可以卷成一个纳米管， 平面的石墨烯也能用作半导 体材料。石墨烯拥有独特的 物理、化学和结构特性，尤 其值得关注的是，电子可在 石墨烯结构中以1/300光速的 超高速度运行，如果用石墨 烯连接晶体管中的源极和漏 极，晶体管的开关速度可以 非常高，因此被视为制造下 一代芯片的理想材料。使用 石墨烯制造的处理器频率有 望达到1THz以上，是目前硅 芯片的100到1000倍。芯片 厂商Analog Devices首席技术 官萨姆· 福勒(Sam Fuller)表示， “我认为石墨烯前景非常 好。”
物理学家加来道雄 （Michio Kaku）是纽约 城市大学一名理论物理 学教授，2012年接受采 访时称摩尔定律在叱咤 芯片产业47年风云之久 后，正日渐走向崩溃。 这将对计算机处理进程 产生重大影响。在未来 十年左右的时间内，摩 尔定律就会崩溃，单靠 标准的硅材料技术，计 算能力无法维持快速的 指数倍增长。
不过EUV工艺拖延了这么 多年，Intel对此早就淡 定了，此前他们表示就 算没有EUV光刻工艺， 他们也懂得如何在7nm 工艺制造芯片，言外之 意就是有EUV工艺更好， 没有EUV也行的，英特尔 不差这点。 按照英特尔的路线图， 2017年就要进步到7nm 工艺，不知道在这样发 展下去硅原子的物理极 限怎么突破，要轮到新 材料出场了么？
Intel今年已经开始 量产14nm工艺，下一 代工艺将是10nm， Intel原本计划在2015年 底开始投产10nm工艺。 随着半导体工艺进入 10nm内，新一代EUV 光刻（极紫外光刻）设 备也愈加重要，这还要 看荷兰ASML公司的研 发进度了。日前该公司 公布了Q3季度财报，其 中提到他们将在2016年 10nm工艺节点上正式 启用EUV光刻工艺，首 个客户普遍认为是Intel 公司。
石墨烯等离基元研究背景及意义
石墨烯等离基元研究背景及意义自上世纪60年代以来，集成电路技术取得了飞速的发展。
作为电子及其他相关行业的核心技术，集成电路的研究一直按照“摩尔定律”预言发展。
“摩尔定律”是指每隔约18~24个月，集成电路单个芯片上的晶体管数目将增加1倍，集成电路中最细刻线的宽度减小0.7倍[1]。
集成电路已从上世纪60年代每个芯片上只有几十个器件发展到现在每个芯片上可包含10亿个以上的器件。
图1.摩尔定律尽管CPU的数据处理能力伴随着不断提高的晶体管集成度而日益增强，总线的数据传输速率却不能满足CPU的数据处理需求。
为了克服电子互联的有限带宽和在数据传输速率方面的局限，充分发挥电子系统在现代信息处理中的作用，就需要研制能够工作在纳米尺度、且可同时实现高速传输的信息载体。
从物理角度来看，与电子相比，光子具有更多的优势，比如光子无静止质量，光子不带电荷，从而光子的传输无电磁串扰等问题；光子是玻色子，因而无需遵守泡利不相容原理；光子具有振幅、频率、相位、偏振等多种有利于检测的状态等。
因此，利用光子作为信息传输的载体，也就具有电子无法比拟的优势, 如高带宽、高密度、高速率、低耗散、抗干扰、可并行处理等，从而适于大容量高速率的信息传输和处理。
目前，基于光子技术的通信网络技术已得到广泛应用。
在计算处理器之间的通信网络中使用光纤代替电缆作为系统间的互联，已被证明可以极大的改善信息传输带宽和传输距离。
进一步，如果将光子器件和电子器件集成在同一芯片上，则可以克服电子互联技术在传输速率和能耗等方面的现有瓶颈，从而极大的改善器件的性能。
而对于芯片级的光子和电子器件的集成而言，首先需要解决的难题就是如何实现电子元件与光学器件的尺寸匹配。
传统的光子器件主要基于折射率差别很小的介电材料。
这些低折射率差光波导一般通过掺杂等工艺，使得波导的芯层折射率略高于包层折射率。
对于这一类波导，基于全反射原理，满足一定条件的光波将被限制在芯层部形成导波模式向前传播。
外延法制备石墨烯
外延法制备石墨烯近些年随着微电子工业的迅速发展，硅基集成电路芯片技术正在逼近摩尔定律的物理极限，科学家预言石墨烯有望替代硅材料称为后摩尔时代电子器件发展的重要角色。
瑞典皇家科学院在A. K. Geim和K. S. Novoselov因为发现石墨烯而获得诺贝尔物理学奖时列出的石墨烯潜在应用产业。
石墨烯的奇特的物理性质如极高的载流子迁移率（约250,000 cm2V-1·s-1）、室温下亚微米尺度的弹道传输特性、反常量子霍尔效应、极优的力学性能（杨氏模量~5000W·m-1·K-1，断裂强度125GPa）以及电子自旋输运、超导电性等，使其在纳米电子学和自旋电子学元器件方面拥有非常广阔的发展前景。
同时，平面的石墨烯片很容易使用常规技术加工，甚至可能在一层石墨烯单片上直接加工出各种半导体器件和互联线，从而获得具有重大应用价值的拳坛集成电路。
材料的制备是实现其功能化应用的基础，大面积高质量石墨烯的制备仍然是困扰科研人员的一大难题。
石墨烯虽然可以通过很多种生长方式获得，如机械剥离法，以单晶金属为衬底的CVD法化学氧化还原法等，但是碳化硅外延生长法被普通认为是实现工业化制备和生产石墨烯的最有效途径之一。
所谓的外延法，即在一个晶格结构上通过晶格匹配生长出另外一种晶体的方法。
与其它制备方法比较，外延法是最有可能获得大面积、高质量石墨烯的制备方法。
所获得的石墨烯具有较好的均一性，且与当前的集成电路技术有很好的兼容性。
根据所选基底材料的不同，外延生长方法包括碳化硅外延生长法和金属催化外延生长法。
金属催化外延生长法是在超高真空条件下将碳氢化合物通入到具有催化活性的过渡金属基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面，通过加热使吸附气体催化脱氢从而制得石墨烯。
气体在吸附过程中可以长满整个金属基底，并且其生长过程为一个自限过程，即基底吸附气体后不会重复吸收，因此，所制备出的石墨烯多为单层，且可以大面积地制备出均匀的石墨烯。