石墨烯可以使硬盤存儲(chǔ)量提高10倍 2021年石墨烯應(yīng)用最新進(jìn)展及前景

• 2021年6月3日 HuangJiang來(lái)源：新浪 898 56
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石墨烯用途廣泛，現(xiàn)在被證實(shí)可用于生產(chǎn)機(jī)械硬盤(HDD)。未來(lái)五年我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)將以67.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)，2023年有望突破3700億元。石墨烯的產(chǎn)業(yè)化正在快速發(fā)展，然而亟需關(guān)鍵技術(shù)突破以及產(chǎn)業(yè)政策正確引導(dǎo)。

石墨烯(Graphene)是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是一種未來(lái)革命性的材料。

石墨烯可以使硬盤存儲(chǔ)量提高10倍

石墨烯用途廣泛，現(xiàn)在被證實(shí)可用于生產(chǎn)機(jī)械硬盤(HDD)。這項(xiàng)技術(shù)可能帶來(lái)超高密度磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步：?jiǎn)挝黄椒接⒋鐢?shù)據(jù)存儲(chǔ)量可以從目前的1Tb提高到10Tb。權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，未來(lái)五年我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)將以67.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)，2023年有望突破3700億元。

石墨烯旗艦計(jì)劃合作伙伴英國(guó)劍橋大學(xué)、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)等機(jī)構(gòu)和美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員共同合作，證明石墨烯可用于生產(chǎn)機(jī)械硬盤(HDD)。這項(xiàng)技術(shù)可能帶來(lái)超高密度磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步：?jiǎn)挝黄椒接⒋鐢?shù)據(jù)存儲(chǔ)量可以從目前的1Tb提高到10Tb。權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，未來(lái)五年我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)將以67.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng)，2023年有望突破3700億元。相關(guān)概念股有沃特股份、中國(guó)寶安等。

硬盤包含兩個(gè)主要部件：盤片和磁頭。數(shù)據(jù)是通過(guò)磁頭寫在盤片上的，磁頭在盤片旋轉(zhuǎn)時(shí)在上面移動(dòng)。磁頭和盤片之間的空間不斷縮小，以實(shí)現(xiàn)更高的密度。目前，碳基外涂層(COCs)——用于保護(hù)盤片免受機(jī)械損傷和腐蝕的層——占據(jù)了這個(gè)空間的很大一部分。自1990年以來(lái)，機(jī)械硬盤的數(shù)據(jù)密度已經(jīng)翻了兩番，外涂層的厚度從12.5納米減少到約3納米，數(shù)據(jù)密度可以達(dá)到1Tb/in2。然而，要想在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面有明顯的改善，達(dá)到10Tb/in2的密度，就必須使COCs的厚度小于1nm。

由于目前的涂層在2納米以下就失去了大部分吸引人的特性，研究人員用1至4層石墨烯取代了它們，并測(cè)試了涂層的摩擦、磨損、腐蝕、熱穩(wěn)定性和潤(rùn)滑劑兼容性。除了無(wú)與倫比的薄度，石墨烯還滿足了硬盤外涂層的所有理想特性：防腐蝕、低摩擦、耐磨損、硬度、潤(rùn)滑劑兼容性和表面光滑度。研究人員驗(yàn)證了石墨烯能夠使摩擦力減少兩倍，并且比最先進(jìn)的COC涂層更耐腐蝕和磨損。單層石墨烯可減少2.5倍的腐蝕，多層石墨烯顯示出優(yōu)異的性能，磨損率降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)。

1-4層石墨烯是通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)出來(lái)的，并被轉(zhuǎn)移到目前硬盤技術(shù)中使用的Co-alloy硬盤基材上。石墨烯旗艦項(xiàng)目的研究人員還將石墨烯轉(zhuǎn)移到由鐵鉑合金(FePt)制成的硬盤上作為磁記錄層，以測(cè)試熱輔助磁記錄(HAMR)--一種新的磁存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)將記錄層加熱到高溫，使其存儲(chǔ)密度比目前的要高很多。目前的COC不能經(jīng)受住HAMR的高溫，但穩(wěn)定性測(cè)試證實(shí)，石墨烯可以經(jīng)受住類似HAMR的條件，而不會(huì)發(fā)生退化。因此，基于石墨烯的外涂層與創(chuàng)新技術(shù)結(jié)合使用，如HAMR和比特圖案化磁記錄(BPM)--一種將磁介質(zhì)圖案化為小柱子的方法，可實(shí)現(xiàn)高面積密度--預(yù)計(jì)將超過(guò)目前的HDD，提供前所未有的10Tb/in2或更高的數(shù)據(jù)密度。

2021年石墨烯應(yīng)用最新進(jìn)展及前景

石墨烯此前首先被寄予厚望的應(yīng)用是柔性電子學(xué)領(lǐng)域。電子產(chǎn)品中廣泛使用的透明導(dǎo)電涂層，對(duì)材料的要求是極低的面電阻和極高的透光率，這正是石墨烯的優(yōu)勢(shì)所在，石墨烯材料的面電阻可以低至～30 Ω/□，透光率高達(dá) 97.7% ，同時(shí)還有非常好的力學(xué)彈性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此被認(rèn)為是目前主流使用的銦錫氧化物(ITO)的潛在替代品。石墨烯在光子學(xué)器件上也可以大有作為，比如石墨烯光電探測(cè)器目前就是其中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光電探測(cè)器只能探測(cè)有限的波寬，石墨烯的探測(cè)波寬更寬，從紫外到紅外都可以。此外，石墨烯可操作帶寬也很高，使得它可以用于高速信息傳輸。

根據(jù)石墨烯的宏觀形態(tài)，可以大致分為粉體和薄膜兩類。石墨烯粉體是指納米及微米尺寸的石墨烯片(graphene nanoflake)無(wú)序聚集體，主要通過(guò)液相剝離法、氧化還原法等方法制備。石墨烯薄膜是在特定基底表面生長(zhǎng)的，或生長(zhǎng)形成后被轉(zhuǎn)移到其他基底上的連續(xù)石墨烯材料，微觀上因?yàn)橹苽涔に嚨木窒扌钥赡芫植坎贿B續(xù)(稱為缺陷)，宏觀上尺寸可達(dá)到厘米甚至米量級(jí)，主要通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械剝離法等方法制備。相比于石墨烯粉體，薄膜的優(yōu)勢(shì)是連續(xù)性和厚度均一性，也更能表征出石墨烯優(yōu)越的物理化學(xué)性能。

大批量、低成本的生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯材料是實(shí)現(xiàn)石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的前提條件。目前，石墨烯的制備可以大致被歸納為兩類技術(shù)路徑，一類是自上而下的方法，即從石墨本身獲得石墨烯(又稱為石墨路徑)，一類是自下而上的方法，從含碳化合物制備石墨烯(又稱為碳原子路徑)。

石墨烯的產(chǎn)業(yè)化正在快速發(fā)展，然而亟需關(guān)鍵技術(shù)突破以及產(chǎn)業(yè)政策正確引導(dǎo)。一方面，市場(chǎng)上現(xiàn)存石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量不理想，高品質(zhì)的石墨烯制備難度高、工藝亟待突破，另一方面，全國(guó)多個(gè)省市出現(xiàn)了石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮，石墨烯的產(chǎn)能在快速增長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)熱的情況，亟需頂層政策正確引導(dǎo)。欲了解更多石墨烯行業(yè)發(fā)展分析，可點(diǎn)擊中研普華《2021-2026年版石墨烯產(chǎn)品入市調(diào)查研究報(bào)告》

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