【一次看懂石墨烯1】石墨烯1克要價萬元 三星、華為想靠它超車蘋果

文|陳書璿
十年磨一劍,石墨烯在尖端科技領域的殺手級應用,已在半導體領域露出一絲曙光,中國更想藉此在第三代半導體技術上彎道超車。(翻攝微博)

石墨烯被喻為神奇的奈米材料,硬度是鋼的100倍,厚度僅有一個碳原子,傳導速度比矽更快,有機會成為取代矽材料的替代品,包括儲能、醫療、手機電池及飛機塗料等尖端科技都是石墨烯可能的應用範圍。因為如此,盡管石墨烯商業化進程過慢,但包括美國IBM、韓國三星、中國華為、德國賓士、拜耳等國際大廠,仍對石墨烯寄予厚望。

除深受紡織品、化妝品業者喜愛,石墨烯因質地輕又堅韌,也被廣泛使用在運動器材上,像是自行車車架、鞋子,甚至是弓箭都默默添加了石墨烯材料。像是剛結束的2020年東京奧運,射箭比賽中,在五面金牌裡奪下4面的韓國射箭隊,他們使用的弓箭就採用石墨烯複合材料所製,重量更輕盈,有加分效果。

石墨烯因質地輕又堅韌,也被廣泛使用在運動器材上。2020東京奧運中,韓國選手的弓箭就添加了石墨烯複合材料。(翻攝國際射箭總會官網)

其實,早在10年前,石墨烯就已備受矚目,包括三星、華為等科技大咖都投入大量資源嘗試開發。然而,十年磨一劍,石墨烯在尖端科技領域的殺手級應用,直到近期才在半導體領域露出一絲曙光,讓中國想藉此在第三代半導體技術上彎道超車。

談到石墨烯的前世今生,不得不提起2010年諾貝爾物理獎得主—英國曼徹斯特大學的蓋姆(A. K. Geim)與諾沃謝洛夫(K. S. Novoselov)博士,在二人二維晶體石墨烯(graphene)材料物理的學術論文發表後,石墨烯就開始受到產官學界的高度矚目。此後,業界對石墨烯這樣的神奇的奈米材料抱持相當大的期待,部分人士更認為石墨烯可望能成為矽的替代品。但一路走來,石墨烯在眾人的期盼下,並未在短期內大鳴大放。

縱使如此,全球各大企業對石墨烯的期待卻是有增無減。去年的美國消費性電子展CES上,德國賓士就展出一款採用石墨烯電池的純電動概念車AVTR,雖然石墨烯電池仍在實驗階段,但也彰顯賓士企圖藉石墨烯翻轉電動車生態的企圖心。

事實上,在此之前,力抗蘋果iPhone的韓國三星(Samsung)和中國華為兩大手機廠,也都喊出要推出採用石墨烯電池的新手機。不過,在鋰電池內添加石墨烯而成的石墨烯電池,由於生產成本太過昂貴,一克售價高達近萬元,被業界笑稱是「純金」打造的電池,根本無法大規模應用。「相對於石墨烯電池,鋰電池不論在成本與技術都更具優勢。石墨烯電池現階段僅用於航空、航太行業。可以預見,如果石墨烯製程與設備成本無法下降,石墨烯電池的商品化勢必要再等等。」業者搖著頭說。

在2020年美國消費性電子展CES上,德國豪華車廠賓士(Mercedes-Benz)曾展出一款採用石墨烯電池的純電動概念車AVTR,企圖藉石墨烯翻轉電動車生態。(翻攝賓士臉書)

正因如此,包括美國IBM、韓國三星、中國華為、德國賓士、拜耳等國際大廠,早就投入相關產品和先進石墨烯電子元件的研發,而在台廠也不落人後,像是三晃和久宏鑫等業者,也積極投入石墨烯薄膜和石墨烯基化合物的研發與量產製造,就連科技部也正與學研機構合作開發石墨烯製程技術。

雖然,自發現石墨烯以來至今已過數十年,石墨烯商品化的速度比預期還要慢,但據了解,包括美國IBM、韓國三星、中國華為、德國賓士、拜耳等國際大廠,仍持續投入相關產品和先進石墨烯電子元件的研發。對國際大廠而言,石墨烯至今仍在它們心中佔據著重要的地位,不因商業化進程過慢而動搖。

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