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石墨烯在實驗室中實現了其承諾。現在，歐盟研究人員正致力于支持其在高端電子、光子學和傳感器領域的更廣泛應用。

過去十年來，Inge Asselberghs 博士一直密切參與先進的石墨烯研究。如今，她正站在將這種“神奇材料”從實驗室帶入社會的前沿。

Asselberghs 是一個國際研究團隊的成員，該團隊在位于比利時魯汶的全球領先納米電子研究機構 Imec 建立了石墨烯和其他二維材料的原型制造設施。

作為 2D 實驗中試線 的一部分，該團隊匯集了來自六個歐洲國家的 11 所大學、研究機構和公司的專業知識。他們的目標是推進石墨烯在原型中的生產和集成，以用于高端電子、光子學和傳感器。

石墨烯有可能從根本上改變許多技術領域。它僅由一層碳原子組成，非常薄。

石墨烯非常堅固、輕便且柔韌，能夠導熱和導電。這使得它非常適合用于從下一代電池到先進航空航天應用等各種產品。

“石墨烯一被發現，人們就開始炒作。炒作比最初預期的要強烈得多，”阿塞爾伯格斯說。

歐盟認識到石墨烯和其他二維材料的經濟潛力，于 2013 年啟動了為期 10 年的石墨烯旗艦計劃，匯集了 178 個學術和工業合作伙伴，預算達 10 億歐元，以促進該領域的研究。2D-EPL 是這項廣泛計劃的一部分。

實驗原型

這條實驗性中試生產線設在多個地點，旨在加速石墨烯和其他層狀材料在電子、光子學、傳感器和光電子新原型制造中的應用。這將是二維材料融入全面芯片制造之前的關鍵一步。

Asselberghs 表示:“我們的第一個目標是通過修改現有工藝，弄清楚如何制造晶圓規模的石墨烯器件，以便它們能夠在自動化制造設備中進行處理。”

晶圓是一種用于電子和其他行業的薄圓形材料片。達到石墨烯可以常規應用于復雜設備的階段將是一個重要的里程碑。

完美制造

石墨烯和其他二維材料的一個缺點是，它們非常薄，很難完美地制造出來。只需要一粒灰塵，甚至幾個不需要的分子，就能在石墨烯中造成缺陷。

在制造過程中，石墨烯必須用薄聚合物層保護，然后轉移到硅基上。這些薄層需要非常小心地處理。弄清楚如何在自動化過程中做到這一點是一項挑戰。

“你的房間和工具需要嚴格控制和清潔，以避免設備上出現任何顆粒，”阿塞爾伯格斯說。

Imec 在其專門的制造工廠中建立了一條裝配線，用于處理直徑為 200 或 300 毫米的石墨烯晶圓，這是硅制造工廠使用的標準尺寸，因此為業界所熟悉。

其他研究伙伴添加了工具、機器和知識來幫助“烹制”完美的石墨烯配方，因為大規模生產仍然很微妙。

令人興奮的潛力

歐洲在探索石墨烯和其他二維材料潛力方面一直處于全球領先地位。

英國布里斯托爾牛津儀器等離子技術公司的荷蘭研究員哈姆·諾普斯 表示:“我們在歐洲的二維材料領域占據相當強勢的地位，因為我們長期以來一直獲得資金支持研究。”

他的公司專門利用等離子技術以原子級精度創造和操縱物質，并為 2D-EPL 的制造過程做出了貢獻。

研究人員和業界對二維材料的熱情不僅僅集中在石墨烯上。研究人員還對其他超薄材料感興趣，這些材料可以像硅一樣充當半導體并用于先進制造業。

這些材料的潛力引起了許多工業領域的興趣。潛在客戶已經與研究團隊取得聯系，提出了具體的設計要求。

處于風口浪尖

石墨烯的一大優勢在于它由碳組成，而碳是地球上最常見的元素之一。人們希望石墨烯的集成將支持先進電子產品和傳感器的廉價和大規模制造，并允許開發尚未發明的設備。

盡管石墨烯和其他二維材料尚未準備好作為先進電子產品投入工業化生產，但最終肯定會進入市場。Knoops 的公司是石墨烯旗艦項目的一部分，他說，它們可以制造出具有超快晶體管或更靈敏傳感器的更優質的設備。

“這可能意味著數據中心使用更少的電力，或者你的互聯網速度更快，或者你可以將特殊的傳感器或醫療設備連接到你的手機上。”

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