石墨烯的應(yīng)用范圍很廣，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，應(yīng)用石墨烯的研究也逐漸嶄露頭角。

網(wǎng)絡(luò)傳輸

如果你比較關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)，你會發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的所有設(shè)備都需要上傳數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)。當今的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備主要是使用硅材料制作的，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度已經(jīng)逐漸達到了瓶頸，尤其是當它涉及到了頻段傳輸數(shù)據(jù)。

雖然大部分設(shè)備都是用MEMS和MOS標準，但是它實現(xiàn)的頻率范圍一直在較低的水平，這就注定了傳輸?shù)乃俾什粫摺?br/>
近日，在瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學的研究人員宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的應(yīng)用石墨烯的技術(shù)，可以幫助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備達到前所未有的傳輸速率。

他們將研究結(jié)果發(fā)表到了《納米快報》上，其裝置用來替代可調(diào)諧電容器，主要能通過不同頻率的調(diào)諧信號，這樣就可以在很寬的頻帶范圍內(nèi)操作，更主要的是可以通過2.1GHz以上的高頻。

整個元件基于夾層結(jié)構(gòu)，利用其中的量子阱中的二維電子云表現(xiàn)非常像量子電容的特點，可以讓其在很低的電壓下，調(diào)諧多個頻率。

“其實主要由電壓來控制的，我們可以'調(diào)節(jié)'電壓來控制頻率。就像使用傳統(tǒng)的收音機一樣，我們調(diào)節(jié)不同的頻率，就能收聽不同的臺。”主要研究者克拉拉·摩爾多瓦說。

光電傳感器

石墨烯對物聯(lián)網(wǎng)的改變，遠不止傳輸速度。它在數(shù)字邏輯電路中有一個巨大的劣勢，就是其缺少固有的間隙。這會讓石墨烯細說所有可見、紅外和太赫茲各種頻率的光。這個特點，讓光電領(lǐng)域的研究者對石墨烯的研究大大減少。

但是現(xiàn)在，有一個由歐洲委員會資助的十年十億石墨烯旗艦項目。其中的一批研究者已經(jīng)成功的把石墨烯做到了硅芯片上，使之成為高響應(yīng)的肖特基勢壘光電探測器。

這樣的光電探測器是由金屬和半導體之間的結(jié)形成的。由于光電探測器是光電過程的一個關(guān)鍵部分，這項研究成果可以減少處理和轉(zhuǎn)移信息的消耗，是物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的另一個關(guān)鍵成果。

這篇研究也發(fā)表在《納米快報》上，這個以石墨烯為基礎(chǔ)的光電探測器，在二極管發(fā)射1.55微米波長的光照射的時候，可以輸出0.37安培的電流。這種超高的光電轉(zhuǎn)換效率目前只有硅鍺光電探測器能夠達到。

普通的硅基探測器可以用于檢測可見光，但是當遇到近紅外光的時候，就探測不到了。因為紅外線光子的波長不夠彌補硅的間隙。由于這個原因，光電探測器被改進成了硅與鍺的組合。但是由于工藝復雜，制備過程也比較困難。如果采用石墨烯-硅組合制作新型的光電探測器，成本會大幅降低。

“目前石墨烯可以讓光電傳感器更便宜，更簡單，工作的波長范圍更廣。這些特點對比傳統(tǒng)光電傳感器都是非常有競爭力的。”劍橋大學石墨烯中心的安德烈·法拉利教授說。

對于物聯(lián)網(wǎng)的光通信來說，石墨烯光電傳感器是第一步，在未來兩年，主要目標是將傳感器集成，然后讓這個傳感器做到真正的能在現(xiàn)實中使用。這樣，兩年之后，研究的分支將會擴展到光電調(diào)制和光電探測器方面。

法拉利補充道：“我們已經(jīng)證實了傳感器的潛力，但我們需要制作一個關(guān)于石墨烯探測器的完整的系統(tǒng)，這樣，低能耗、高效率的光通信傳感器就能在真正的解決實際問題了。”

集成電路

以上這些石墨烯的技術(shù)。如果說改變并不算驚人的話，那下面這個研究可能會改寫所有集成電路的未來。

科學家首次使用石墨烯和輝鉬礦制作和原子層厚度的電路，這樣的電路使用化學反應(yīng)就可以大量制得。相比以前使用二維材料制作電路是用的精準組裝的方法，現(xiàn)在直接化學反應(yīng)生成的辦法就方便多了。

研究者們希望這種原子層厚度材料遵守摩爾定律，在硅材料無法進步時，作為硅的替代品成為新一代半導體。“納米技術(shù)一個最大的驅(qū)動力就是尋找硅材料的替代品，來滿足摩爾定律。”加州大學伯克利分校的材料科學家張翔（音譯）說。

現(xiàn)在的研究主要放在新一代的電子材料上，其典型代表是石墨烯和輝鉬礦。石墨烯是一種非常優(yōu)良的導體，非常適合用來布線和互聯(lián)。同樣因為石墨烯缺少電子間隙，這就意味著不能把石墨烯用在晶體管中，而輝鉬礦/二硫化鉬與石墨烯正好相反，他們有電子間隙。

目前來看，組裝導電材料和精密半導體很難，制造原子層厚度的電路也是一件更難的事。但是現(xiàn)在科學家使用石墨烯和輝鉬半導體制作出了晶體管和電路。

早前的研究重點主要放在如何將不同的材料組裝成超薄的電子器件，而現(xiàn)在，科學家們嘗試改用化學的辦法大規(guī)模生長電子器件。

研究者首先把石墨烯轉(zhuǎn)印到硅膠上，然后使用等離子刻蝕把通道圖形刻在上面，接著他們使用化學氣相沉積的辦法在圖形周圍生長輝鉬礦，直到生長完全，這時輝鉬礦會在石墨烯上積累的厚度接近100到200納米。

這樣生產(chǎn)出來的晶體管，不但質(zhì)量與物理裝配方法得到的晶體管類似，而且還具有較高的電子遷移率，科學家用這樣的方法還具體的做出了一些邏輯電路。如變頻器、非門。其中，變頻器的效果非常好，可以實現(xiàn)70的電壓增益。

“這些晶體管做成的變頻器和邏輯電路，證明了這種新方法是可行的。”這個研究的另一位作者MervinZhao說：“這次實驗是對新電路的第一次試水，證明這種方法是可行的，而且這種辦法可以用來制作更復雜的電路，未來的電腦也可能完全使用這樣的二維材料制作。”

石墨烯會代替硅嗎？

前文的所有使用的石墨烯，都是只有原子層厚度的石墨烯。石墨烯對物聯(lián)網(wǎng)的改變還處在試驗階段，目前的實驗結(jié)果看來是非常有潛力的。

但是石墨烯會替代硅材料成為新一代的半導體的主體嗎？答案是否定的。

科學家阿德里安·約內(nèi)斯庫說：“有一部分人說，石墨烯在有一天會取代硅技術(shù)。但實際上，把石墨烯與硅結(jié)合才能組合出最優(yōu)異的電子元件。”

把石墨烯這種材料用在合適的位置，才會達到最好的結(jié)果。

生命充滿驚喜，石墨烯也是。