碳素新产业实用化大潮（上）：CNT与石墨烯你追我赶

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碳元件的实用化始于透明导电膜，然后扩展到湿度传感器等多种传感器领域，未来2～3年后蓄电池和电容器也将实现碳化。2020年前后，图像传感器和RFID标签、10年后高性能微处理器也将使用“碳”制造。

采用碳纳米管（CNT）和石墨烯的电子部件及光学部件（碳元件）的开发竞争在全球愈演愈烈。新元件接连发布，而且开发速度越来越快。碳元件种类繁多，比如（1）采用透明导电膜的触摸面板、（2）传感器、（3）燃料电池、充电电池和电容器的电极、（4）存储器、（5）通过转印和印刷制作的IC及微处理器、（6）瞄准后硅时代的超高集成IC、（7）光敏元件、（8）发光元件、（9）功率半导体，等等。

这些产品的实用化时间因技术难度和市场需求等各不相同。（1）已经开始量产，（2）～（4）计划在3年内实现实用化，（5）～（9）预计在2020年前后或更晚一些实用化。

CNT与石墨烯你追我赶

EU的开发项目“Graphene Flagship”给出了采用石墨烯的碳元件的具体时间表（图1）。光激励发光元件大多在2020年前后，逻辑IC在2025年前后开始实用化。

图1：碳元件将席卷电子和光领域 欧洲EU就石墨烯开发项目“Graphene Flagship”提出的开发蓝图。预计透明导电膜将率先实现实用化。实际上，2013年三星泰科采用石墨烯试制了达到实用化水平的触摸面板。石墨烯在光子用途尤其占优势。而CNT在电子领域拥有优势。CNT晶体管等有望比石墨烯率先实用化。

采用基本特性与石墨烯相似的CNT的碳元件，实用化时间估计也与石墨烯差不多。但两者有三点不同。

首先，CNT不同于石墨烯，在自然状态下具备带隙，适合逻辑IC用晶体管和TFT。用于电子纸和平板电脑的CNT TFT有望遥遥领先于石墨烯，在2020年之前就实现实用化。

其次，CNT的形状为一维状，而石墨烯扩展为二维状。因此，石墨烯适用于灵敏地检测外部刺激的用途。极有可能几年内在医用传感器等领域实现实用化。

最后，作为光激励发光元件，CNT因带隙原因可利用的波段有限，而石墨烯能在广泛的波长范围内利用。在光敏元件中，石墨烯将率先扩大使用。

不过，解决这种适用或不适用的技术也在开发中，克服缺点获得新性能的例子已经出现。

触摸面板围绕量产性展开竞争

在柔性触摸面板领域，CNT版先发制人（图2）。华为的智能手机2013年采用的CNT触摸面板由中国富纳源创开发，该公司2008年就试制了该面板，敏捷的行动速度取得了成效。

图2：触摸面板开始上市 采用CNT或石墨烯的触摸面板产品及试制示例。开发（a）的触摸面板的富纳源创已从2011年开始量产。东丽预定2014年内量产（b）。三星泰科没有公布量产时间（c）。（（c）由成均馆大学拍摄）

估计接下来出场的是东丽，该公司计划2014年供货采用双层CNT的电阻膜式触摸面板。可采用现有涂布装置，以卷对卷（R2R）方式量产宽一米以上、长几百米的透明导电薄膜。

而石墨烯版触摸面板虽然在图案制作方面占优势，但在量产技术方面远远不如CNT。