石墨烯可以使硬盤存儲量提高10倍 2021年石墨烯應用最新進展及前景

• 2021年6月3日 HuangJiang來源：新浪 898 56
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石墨烯用途廣泛，現在被證實可用于生產機械硬盤(HDD)。未來五年我國石墨烯產業將以67.9%的年復合增長率持續增長，2023年有望突破3700億元。石墨烯的產業化正在快速發展，然而亟需關鍵技術突破以及產業政策正確引導。

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構的新材料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

石墨烯可以使硬盤存儲量提高10倍

石墨烯用途廣泛，現在被證實可用于生產機械硬盤(HDD)。這項技術可能帶來超高密度磁性數據存儲技術的進步：單位平方英寸數據存儲量可以從目前的1Tb提高到10Tb。權威機構預計，未來五年我國石墨烯產業將以67.9%的年復合增長率持續增長，2023年有望突破3700億元。

石墨烯旗艦計劃合作伙伴英國劍橋大學、瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)等機構和美國阿貢國家實驗室的研究人員共同合作，證明石墨烯可用于生產機械硬盤(HDD)。這項技術可能帶來超高密度磁性數據存儲技術的進步：單位平方英寸數據存儲量可以從目前的1Tb提高到10Tb。權威機構預計，未來五年我國石墨烯產業將以67.9%的年復合增長率持續增長，2023年有望突破3700億元。相關概念股有沃特股份、中國寶安等。

硬盤包含兩個主要部件：盤片和磁頭。數據是通過磁頭寫在盤片上的，磁頭在盤片旋轉時在上面移動。磁頭和盤片之間的空間不斷縮小，以實現更高的密度。目前，碳基外涂層(COCs)——用于保護盤片免受機械損傷和腐蝕的層——占據了這個空間的很大一部分。自1990年以來，機械硬盤的數據密度已經翻了兩番，外涂層的厚度從12.5納米減少到約3納米，數據密度可以達到1Tb/in2。然而，要想在數據存儲方面有明顯的改善，達到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，并測試了涂層的摩擦、磨損、腐蝕、熱穩定性和潤滑劑兼容性。除了無與倫比的薄度，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、潤滑劑兼容性和表面光滑度。研究人員驗證了石墨烯能夠使摩擦力減少兩倍，并且比最先進的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異的性能，磨損率降低了三個數量級。

1-4層石墨烯是通過化學氣相沉積(CVD)生長出來的，并被轉移到目前硬盤技術中使用的Co-alloy硬盤基材上。石墨烯旗艦項目的研究人員還將石墨烯轉移到由鐵鉑合金(FePt)制成的硬盤上作為磁記錄層，以測試熱輔助磁記錄(HAMR)--一種新的磁存儲技術，通過將記錄層加熱到高溫，使其存儲密度比目前的要高很多。目前的COC不能經受住HAMR的高溫，但穩定性測試證實，石墨烯可以經受住類似HAMR的條件，而不會發生退化。因此，基于石墨烯的外涂層與創新技術結合使用，如HAMR和比特圖案化磁記錄(BPM)--一種將磁介質圖案化為小柱子的方法，可實現高面積密度--預計將超過目前的HDD，提供前所未有的10Tb/in2或更高的數據密度。

2021年石墨烯應用最新進展及前景

石墨烯此前首先被寄予厚望的應用是柔性電子學領域。電子產品中廣泛使用的透明導電涂層，對材料的要求是極低的面電阻和極高的透光率，這正是石墨烯的優勢所在，石墨烯材料的面電阻可以低至～30 Ω/□，透光率高達 97.7% ，同時還有非常好的力學彈性和化學穩定性，因此被認為是目前主流使用的銦錫氧化物(ITO)的潛在替代品。石墨烯在光子學器件上也可以大有作為，比如石墨烯光電探測器目前就是其中的一個研究熱點。相比于傳統的半導體光電探測器只能探測有限的波寬，石墨烯的探測波寬更寬，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。

根據石墨烯的宏觀形態，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)無序聚集體，主要通過液相剝離法、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的，或生長形成后被轉移到其他基底上的連續石墨烯材料，微觀上因為制備工藝的局限性可能局部不連續(稱為缺陷)，宏觀上尺寸可達到厘米甚至米量級，主要通過化學氣相沉積法、機械剝離法等方法制備。相比于石墨烯粉體，薄膜的優勢是連續性和厚度均一性，也更能表征出石墨烯優越的物理化學性能。

大批量、低成本的生產高質量的石墨烯材料是實現石墨烯應用產業化的前提條件。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)。

石墨烯的產業化正在快速發展，然而亟需關鍵技術突破以及產業政策正確引導。一方面，市場上現存石墨烯產品質量不理想，高品質的石墨烯制備難度高、工藝亟待突破，另一方面，全國多個省市出現了石墨烯產業發展浪潮，石墨烯的產能在快速增長，甚至出現了產業發展過熱的情況，亟需頂層政策正確引導。欲了解更多石墨烯行業發展分析，可點擊中研普華《2021-2026年版石墨烯產品入市調查研究報告》

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