鑽石舞台

近日，清華大學集成電路學院任天令教授團隊就石墨烯由材料到器件的產業化進展進行了梳理總結。綜述概述了石墨烯的物理化學性質、製備方法及其在產業化方向的應用進展。相關研究成果發表在期刊Small Methods上，楊軼副教授和博士研究生韋雨宏為共同一作。

圖1 石墨烯的製備方法及其在力學、聲學、生理電等方面的應用概述

在石墨烯的產業化進程中，如何製備出滿足市場需求的大規模、低成本、高性能的石墨烯材料是最大的挑戰。目前，實驗室和工廠生產的石墨烯質量參差不齊。在實驗室研究中可通過化學氣相沉積等獲得高質量的石墨烯薄膜，而在工業生產中，要考慮質量和生產成本，還要注意石墨烯材料結構的可控性。在製備方法中，石墨烯逐步由機械剝離法的微小薄片狀到卷對卷式的大規模化發展。考慮到製備的可行性、產品質量、生產成本等因素，可根據市場的質量需求選擇合適的石墨烯製備方法。其中，激光直寫技術和化學氣相沉積工藝是大規模製備中最有前景的方法。石墨烯可以通過激光直寫一步製備，不受基材限制。它更適合於製備低成本、通用性能的器件，可用於人體運動檢測、健康監測等可穿戴產品。高性能和精密器件需要高質量的石墨烯材料，但市場上現有的石墨烯質量並不理想。因此，有必要對化學氣相沉積法和卷對卷等相應的製備方法進行優化和改進。

石墨烯力學傳感器具有較高的靈敏度和較寬的測量範圍，可應用於拉壓力檢測、人體運動信號檢測等，是目前應用最廣泛的領域。對於石墨烯聲學器件而言，在聲音探測方面，可以通過內部結構的設計提高石墨烯的靈敏度和抗干擾能力，作為麥克風採集聲音；在發聲方面，基於不同發聲機制可以製備出多樣式的石墨烯超薄柔性發聲體。其在聲學方面的應用為可穿戴的人機語音交互方式提供可能。對於生理電器件，雖然石墨烯有望提高信噪比，但目前存在着製造複雜和成本高等缺點，難以大規模均質化生產，限制了石墨烯電極實際應用的發展。其他有關於石墨烯在隱形眼鏡、電池、生物藥物輸送等方面的應用，大部分還處於實驗室研究階段。

總體而言，石墨烯在力學檢測、人體運動健康、語音識別、聲學傳感器等領域展現出了廣闊的技術與應用前景。如何利用好石墨烯的多功能性，為其尋找到合適獨特的應用領域，是創造和保持石墨烯產品的市場競爭力的熱點問題。

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