碳素新產業實用化大潮（上）：CNT與石墨烯你追我趕

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碳元件的實用化始於透明導電膜，然后擴展到濕度傳感器等多種傳感器領域，未來2∼3年后蓄電池和電容器也將實現碳化。2020年前后，圖像傳感器和RFID標簽、10年后高性能微處理器也將使用“碳”制造。

採用碳納米管（CNT）和石墨烯的電子部件及光學部件（碳元件）的開發競爭在全球愈演愈烈。新元件接連發布，而且開發速度越來越快。碳元件種類繁多，比如（1）採用透明導電膜的觸摸面板、（2）傳感器、（3）燃料電池、充電電池和電容器的電極、（4）存儲器、（5）通過轉印和印刷制作的IC及微處理器、（6）瞄准后硅時代的超高集成IC、（7）光敏元件、（8）發光元件、（9）功率半導體，等等。

這些產品的實用化時間因技術難度和市場需求等各不相同。（1）已經開始量產，（2）∼（4）計劃在3年內實現實用化，（5）∼（9）預計在2020年前后或更晚一些實用化。

CNT與石墨烯你追我趕

EU的開發項目“Graphene Flagship”給出了採用石墨烯的碳元件的具體時間表（圖1）。光激勵發光元件大多在2020年前后，邏輯IC在2025年前后開始實用化。

圖1：碳元件將席卷電子和光領域 歐洲EU就石墨烯開發項目“Graphene Flagship”提出的開發藍圖。預計透明導電膜將率先實現實用化。實際上，2013年三星泰科採用石墨烯試制了達到實用化水平的觸摸面板。石墨烯在光子用途尤其佔優勢。而CNT在電子領域擁有優勢。CNT晶體管等有望比石墨烯率先實用化。

採用基本特性與石墨烯相似的CNT的碳元件，實用化時間估計也與石墨烯差不多。但兩者有三點不同。

首先，CNT不同於石墨烯，在自然狀態下具備帶隙，適合邏輯IC用晶體管和TFT。用於電子紙和平板電腦的CNT TFT有望遙遙領先於石墨烯，在2020年之前就實現實用化。

其次，CNT的形狀為一維狀，而石墨烯擴展為二維狀。因此，石墨烯適用於靈敏地檢測外部刺激的用途。極有可能幾年內在醫用傳感器等領域實現實用化。

最后，作為光激勵發光元件，CNT因帶隙原因可利用的波段有限，而石墨烯能在廣泛的波長范圍內利用。在光敏元件中，石墨烯將率先擴大使用。

不過，解決這種適用或不適用的技術也在開發中，克服缺點獲得新性能的例子已經出現。

觸摸面板圍繞量產性展開競爭

在柔性觸摸面板領域，CNT版先發制人（圖2）。華為的智能手機2013年採用的CNT觸摸面板由中國富納源創開發，該公司2008年就試制了該面板，敏捷的行動速度取得了成效。

圖2：觸摸面板開始上市 採用CNT或石墨烯的觸摸面板產品及試制示例。開發（a）的觸摸面板的富納源創已從2011年開始量產。東麗預定2014年內量產（b）。三星泰科沒有公布量產時間（c）。（（c）由成均館大學拍攝）

估計接下來出場的是東麗，該公司計劃2014年供貨採用雙層CNT的電阻膜式觸摸面板。可採用現有涂布裝置，以卷對卷（R2R）方式量產寬一米以上、長幾百米的透明導電薄膜。

而石墨烯版觸摸面板雖然在圖案制作方面佔優勢，但在量產技術方面遠遠不如CNT。