能助万众创新的万能技术(原创)

简浩

大众创业、万众创新，是中国走向富强的发展战略、强国战略！是实现经济强国、制造强国、科技强国和创新强国的必由之路。创业、创新实际是既简单又艰难，还需要胆识、学识、眼光、门路、条件，创业、创新会常常遇到科技难题，创新、发明遇到难题时，你要怎么想？往哪里想？我告诉你一个万能技术、门路，这个技术和思路，会给你带来意想不到的惊喜，带来意想不到的创造价值、创业价值、创新价值、财富价值，带你得到人生渴望更多的想象力、创造力、能力。

石墨烯材料由英国曼彻斯特大学的两名科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫发现的一种新材料，并荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯从石墨中制取，它包含烯类物质的基本特征即碳原子之间的双键，所以称为石墨烯。石墨烯又称单层墨，石墨烯是由碳原子排列成完美的六角蜂巢晶格的单层网状，是只有一个碳原子厚度、单层、片状结构的晶体材料，是二维而不是三维的碳材料，它没有高度，只有长宽，是人类已知的最薄材料。石墨烯具有独特的热学、电学和机械性能。如果使用石墨烯类膜材料，或将石墨烯与其他“维生素”性的性能材料、功能材料复合集成，性能及功能会有意想不到的成指数倍的提高或创新。

石墨烯材料具有卓越的导电性、导热性、强韧性、拉伸性、稳定性、致密性、透明性、耐用性、敏感性、可塑性。石墨烯是一种能够为物理产业、化工产业、电子产业、材料产业、汽车产业、航空工业、光学产业、信息产业、医疗领域、生物信息、触控显示、智能穿戴、洁净能源、智能传感、智能仪表、分析仪表、电源产业、军工产业、万能手机、智能医生、智能医疗、智能侦探、智能安检、智能家居、智能物业、智能环保、智能生化、智能城市、智能保健、太赫兹技术装备等高新技术领域，带来无所不能、不可估量的应用前景、创业前景、创新前景。

研究表明，石墨烯是一种能够为高科技产业带来新发现、革命性、梦幻般、令人兴奋的万能材料、万能技术。只有万能材料，才能从中获得万能技术。石墨烯的应用比如：

1,无所不能的“电子鼻子”、“电子警犬”、“电子医生”、智能安检、食品检测、成分检测：用石墨烯掺硼合成的超高灵敏度气体传感器。每一种物质（包括固态、气态、液态、离子态）或生化物质病灶，都会发出唯一专有的气味或光谱。这种超高灵敏度气体传感器能“嗅”出空气中浓度极低的各种有毒气体、有害气体、易燃气体、有害物质，在人们还未察觉时就能及早发出报警。1秒能测出爆炸物是什么有害气体分子，还可探测制式炸药或土制炸药，包括芳香系、硝铵系、硝芳系、呋咱系等在内的民用及军用的38种炸药，比训练有素的警犬还要敏感、快捷、准确，尤其微痕迹量炸药的准确、快速检测，既使有一个爆炸物质分子，也能立即报警，对安全排爆反恐防恐具有重大意义。

另外，还能感测各种疑难诊断疾病的多种癌症、病毒、霍乱、细菌，不同的癌症能发出不同的气味；能够感测蔬菜、水果、肉类、农产品、水产品的各种农药残留量、病毒、细菌和成分检测；能够感测空气中含量为十亿分之一的氮氧化合物和百万分之一的氨气；能够感测超标的汽车尾气有害气体排放量；能够感测大气污染中的氮氧化合物和多种有害气体成分的含量是否超标。

2,无所不能的“电子蝙蝠”、“电子海豚”：用石墨烯材料可制出质量轻薄的超声波、水下声呐的发射器和接收器。能够超越蝙蝠感知超声定位能力，能够超越海豚的声呐定位能力，能够感知周围的物体距离和运动速度，还能够抓探到瞬时的超声成像、声呐成像。石墨烯薄膜具有非常宽泛的声音频率感知范围，能够产生剧烈的脉冲波动，比传统方法更精准地测定距离。人类能够听到频率在20至20000赫兹范围内的声音，而蝙蝠所能听到的声音频率范围则在9000至20万赫兹。而“电子蝙蝠”、“电子海豚”能感知低于20赫兹，超于50万赫兹。超越容易发现、容易干扰的雷达，超越容易发现、容易干扰的声呐，是飞机、潜艇、舰船的克星，还能感测确认是某一舰船的“水纹”、“声纹”信息，为精确侦察、精确判断、精确打击提供了信息依据，具有极高的军事价值。比传统的B超、彩超医疗成像设备和其他超声装置提高上千倍的灵敏度、分辨率、解析度。

3,无所不能的感光传感和光检测器。用石墨烯材料，可制成比传统感光元件灵敏度高出千万倍的新型广谱感光元件，带宽可达到1450~1590纳米，运行频率数亿赫兹频率的石墨烯光纤光检测器，。可用在超高灵敏度的红外摄像机、中短波红外光线摄像机、抓拍高速交通摄像机、遥感相机、光纤通讯系统，比现有（CMOS和CCD互补金属氧化物和电荷耦合器件）的半导体感光元件灵敏度高、功耗低、成本低，获得的图像更清晰、逼真，提高相机在弱光条件下的拍摄能力。利用制作的高响应速度石墨烯光敏二极管，可应用于环境化学物质监测、医学光学检测和集成芯片智能光谱检测技术，可使互联网光纤光转换速度提高上千倍。

4, 意想不到性能的石墨烯晶体管、石墨烯集成电路、石墨烯集成太赫兹固态收发器。石墨烯在室温下传递电子的速度比已知导体都快，有望替代硅作为顶级电子材料来制备速度更快、频率更高的晶体管。由石墨烯圆片制成的集成电路，能在100G赫兹的频率上运行，工艺技术是将化学气相淀积（CVD）石墨烯膜合成在金属膜之上，在一块碳化硅晶圆的硅面上种植石墨烯，为了清除在蚀刻过程中，石墨烯很容易受损的障碍，将石墨烯包裹进一个聚合物内，进行必须的蚀刻过程，随后再用一些丙酮将这些聚合物清除，还可以承受125摄氏度的高温。

石墨烯场效应晶体管（GFETs）有突出的开关性能，可将开关频率比现在的集成芯片提高1000多倍。

太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波，介于微波与红外之间，它能够穿透非金属材料，从而为安检、医学成像提供新的技术手段，在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。红外技术和微波技术日臻成熟，在电磁频谱上两者之间的太赫兹技术产业基本上还是空白，原因是光学设备和微波设备做不了这个频段。石墨烯集成太赫兹（THz）固态收发器由过去组件散件的射频电路过渡到集成模拟、相干载波、变频、混频、锁频、发射与一身。能够占领太赫兹资源的产业链，才是独具慧眼，一家独发。

5,用石墨烯取代金属材料，制造薄如纸、硬如钢的高强度碳基材料。飞机制造、汽车已经开始用碳纤维材料取代金属材料，机翼和机身使用的碳纤维复合材料超过50%，采用这种材料后的油耗少，自身轻，减排效果显著，维护方便，能够给航空公司和汽车节省燃料和维护费用，

6,石墨烯自旋电子学元器件是新兴战略电子产业。石墨烯能有效传导电子自旋，成为下一代基于电子自旋的电子元件材料。目前的电子元件都是利用电子具有电荷的性质，电荷的传导能够形成电流并成为电子元件工作的基础。然而，电子还具有另一种被称作自旋的性质，石墨烯能有效传导电子自旋，如果利用石墨烯加以开发，可制造出比现有电子元件更小、更快的电子元件。这是规模庞大、品种繁多的电子元器件产业链，是电子工业的一次产业革命。

7,石墨烯空气电池、石墨烯燃料电池、石墨烯超级电容电池。用石墨烯可造出一种更致密的超级电容，使用寿命可与传统电池相媲美，且能量密度为现有超级电容的12倍，可广泛应用于可再生能源存储、便携式电子设备以及电动汽车等领域。

燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，质子交换膜是燃料电池中的核心部件，“质子传导膜”存在燃料渗透的困扰，限制了燃料电池的大规模普及应用，但质子可以容易穿越石墨烯和氮化硼二维材料，因此可以解决燃料渗透的问题。

8,石墨烯纳米孔设备可探测单个DNA分子、石墨烯生物传感器、SPR生物传感器比标准的酶联免疫吸附试验（ELISA）具有更高的灵敏度。用化学气相沉积法培育出大块的石墨烯薄片，将薄片悬停在一个氮化硅制成的微米孔的上方，然后借助透射电子显微镜发出的电子束，在石墨烯薄片的中心钻出一个更小的纳米孔。然后用石墨烯造出的纳米级孔碳基平台，用于电子探测单个DNA（脱氧核糖核酸）分子。在石墨烯膜上烧灼出纳米孔在电场的作用下，微小的DNA链就可以穿过这些孔洞，即可以快速完成DNA测序，为单分子生物学检测提供了宝贵的工装设备，还能观测各种酶或端粒酶与DNA分子的和谐结合和细胞老化进程，为DNA测序提高了高通量和检测速度，降低了成本。

用石墨烯做的生物传感器，兼容光学和电学手段同时观测，可探究人脑神经元信号、结构与功能，实现人脑神经网络活动、意念、思维，控制、指挥智能电子设备、计算机、摄像机，还可为盲人视觉导航。

石墨烯SPR生物传感器能利用微量的生物标志物（比如一滴血或尿液），轻而易举的检测出癌症、霍乱或其他疾病，为早发现、早治疗、快速诊断创造了条件，提高了检测速度和准确度，降低了成本。SPR(表面等离子体共振)生物传感器是一种医学诊断的光学技术，有很高的灵敏度和特异性。如果将表面等离子体共振体添加石墨烯，可使SPR传感器信号倍增，使从一个单分子超薄层即可锚定特定疾病信号。

9,量子计算机石墨烯内存芯片。石墨烯鼓与微激光器构成高速独立的内存芯片，可以满足量子计算机的量子速度与量子比特。

       10,石墨烯万能手机。在4G智能手机的基础上，可以做成万能手机，比如，手机可以提前感知报警身体癌病变信号、感知报警地震信号、感知报警环境生态有害气体和物质、感知报警身体感染病毒、细菌的信息等。

11,石墨烯波纹结构高灵敏度应力传感。基于石墨烯隧穿效应的应力传感，可广泛应用于手机触摸屏、电子皮肤等领域、高灵敏微压力传感仪表、桥梁安全应力监测。具有量程宽、高灵敏、应用广等优势。

12,高灵敏温度传感器。可感测可测量三百亿分之一的温度变化，可测量一个原子不停的运动而引起的温度变化。

13, 类石墨烯量子光学检测。石墨烯不可直接发光，限制了在光电器件方面的应用。类石墨烯二硒化钨二维单原子层中的原子缺陷能够成为发射单光子的器件，具有很好的单色性和偏振性质，并且可以通过外加磁场大幅调控发光波长，能够观察量子光学现象，应用前景广阔，比如量子计算机等。

14,智能医疗、智能保健、智能仪表。石墨烯与橡胶或硅橡胶复合传感器，嵌入衣物，能感知呼吸、脉搏、血压、关键运动和呼吸等最细微的人类活动与健康动态，还可测量300摄氏度高温工况下的压力、流量。

15,全光谱太阳能电池。石墨烯太阳能电池可在全光谱下提高光电转换效率，转化效率可高达42%，现在最高只有31%，结构和材料及复合具有非常的想象与应用，给光伏产业链带来产业革命。

结语：以上仅举石墨烯个别应用例子，还有很多创新应用，还有很多创新应用等待我们去发现、开发，石墨烯万能技术一定会让你获得更多的惊喜和意想不到，高门坎，来之不易，才会有高回报。现在，石墨烯单晶和大规模单层生成、合成的制备与工艺已经突破、成熟，已经从实验室走向商业化市场。石墨烯万能技术能为你以科技创新为先导的创业、创新，插上腾飞的翅膀！

【jh070115@163.com】【342127195008250011】2015/11/6