慧眼能識石墨烯　阮囊羞澀希莫失

【李重德／專欄報導2021/05/12】　猶記得，重德在2016年帶本會團隊到大陸泉州去參加“福建省科學技術協會”所舉辦的“兩岸科技企業家論壇”後，回到臺灣時即發起要在本會組織一個有關“石墨烯”研究的小團隊，但是由於“石墨烯”在當時還是新興科技，會員大多不曉得要如何參與，因此這一個研發團隊一直組織不起來，目前本會也只有重德一個人還是堅持於研究“石墨烯”這一個可能將“改變人類未來命運”的科學。

重德說“石墨烯”可能會“改變人類未來命運”，絕對不是誇大之詞，因為“石墨烯”這一個原本被認為不可能存在的“碳的二維體”，於2004年被發現之後，在短短的17年中“石墨烯”以它獨特的二維體獨具的性能挑戰所有的“碳的三維體”，因為無論在導電性、導熱性、透光性、剛強度、耐化學性等方面都勝過其他“碳的三維體”，這使得“石墨烯”在好幾個領域方面跨躍過許多科技上的關卡。

因此，重德特藉此文來向大家報告 重德 在“石墨烯”方面的研究心得以及企圖心，以下是報告內容：

【石墨烯積體電路】由於石墨烯具有高的載子遷移率（carrier mobility），以及低雜訊，所以它極適合被用作在場效應電晶體的通道。目前存在的困難度為單層的石墨烯難以做出(目前市售的大多是5層左右)，而且還要把它做成基板的技術還有一定的瓶頸。

重德認為這兩項技術問題終將被克服，屆時積體電路板可以比目前更小以及更可被彎曲與衝擊，可以做成抗COVID-19病毒智慧型機器人而被注射到人體血液中去殺死COVID-19病毒。

【石墨烯電晶體】室溫下石墨烯具有10倍於商用矽片的高載子遷移率（約10 am /V·s），並且受溫度和摻雜效應的影響很小，進一步減小器件開關時間，使其具有超高頻率的操作響應特性。重德預估不久之後石墨烯奈米線將取代矽作為半導體的主要元件。

【石墨烯超級電容器】由於石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用於超級電容器的導電電極。又因為石墨烯的重量極輕而使得單位重量的儲電密度大於其他電容儲電裝置。又因為石墨烯的導電最強電阻最小，故充電或放電的時間可以即短。

因此，重德預估不久之後【石墨烯超級電容器】將成為如汽車等大型機具忽起忽停以及需求大功率輸出的機具之主要儲電裝置或第二備用電池。

【石墨烯光伏電池】目前石墨烯/聚合物片材已被生產，大小範圍在150平方公分，可以用來生產靈活的有機太陽能電池。能覆蓋廣泛的地區的廉價太陽能電池，就像報紙印刷機的印刷報紙一樣卷到卷（roll-to-roll）。

重德將生產這種比非晶系矽半導體薄膜效率更好的【石墨烯光伏電池】用於包覆建築物與船舶表面，以及荒漠中的岩石，使其在日照時降熱而不龜裂而且還能發電。

【石墨烯奈米帶雷射器】重德擬將“石墨烯奈米帶”特性用於光通信系統，發展【石墨烯奈米帶雷射器】。實驗結果確實地展示出，隨著奈米帶帶寬減小，能隙會增大。而石墨烯是低維結構，因此奈米帶的帶寬極小，因此能隙很大，雷射光波可以到達很長距離。

【石墨烯帆】重德擬將“石墨烯光能飛行器”特性應用於太空領域的太陽帆，目前經計算得知約50平方公尺的【石墨烯帆】能讓5公斤的酬載物在20分鐘加速到第一宇宙速度。

【石墨烯嗅敏器】重德擬將“石墨烯單分子氣體偵測”特性應用於傳感器領域，利用石墨烯具有高電導率和低雜訊的優良品質，而發展出【石墨烯嗅敏器】。這是因為石墨烯巨大的表面積使它對周圍的環境非常敏感，即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。當一個氣體分子被吸附於石墨烯表面時，吸附位置會發生電阻的局域變化。

【石墨烯COVID-19單分子氣體偵測】重德擬設計出一種裝置於空調系統上以及「吹氣測試器」上用以感知室內語受測試者體內有無特定病毒(如COVID-19)的【石墨烯COVID-19單分子氣體偵測】。

【石墨烯觸控螢幕】重德擬運用“石墨烯透明導電電極”特性，應用於玻璃觸控領域，利用石墨烯良好的電導性能和透光性能，而發展出觸控螢幕、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極體等等。

【石墨烯濾磁除電玻璃罩】重德擬將石墨烯用於塗佈於飛機駕駛艙玻璃，除了強化玻璃硬度之外，還能過濾掉雷達波，並應用電場原理，經過反常「量子霍爾效應」(即二維導體垂直於外磁場的載流導線，其橫向電導率會呈現量子化值)而將磁轉電，並由石墨烯導除之，而有隱形飛機的效果。

【石墨烯任意賦形熱交換器】重德擬運用“石墨烯導熱材料/熱界面材料”特性，應用於熱交換系統，而發展出石墨烯散熱器、石墨烯蒸發器、石墨烯導熱器等等，而用於LED散熱、汽車水箱散熱、冷氣機熱交換、地熱導用等處。

【石墨烯任意賦形濾磁導電】重德擬將石墨烯用於塗佈於飛機機身，這樣除了可以強化機身表面硬度之外，還能過濾掉雷達波，並應用電場原理，經過反常「量子霍爾效應」(即二維導體垂直於外磁場的載流導線，其橫向電導率會呈現量子化值) 而將磁轉電並由石墨烯導除之，而有隱形飛機的效果。並且石墨烯的高導熱性可以讓機身溫度與周圍空氣大致相同，而對紅外線追熱飛彈有匿蹤效果。

【石墨烯DNA定序儀】這是把將石墨烯製成一個尺寸大約為DNA寬度的奈米洞，讓DNA分子遊過這奈米洞。由於DNA的四個鹼基（A、C、G、T）會對於石墨烯的電導率有不同的影響，只要測量DNA分子通過時產生的微小電壓差異，就可以知道到底是哪一個鹼基正在遊過奈米洞。這樣，就可以達成快速電子DNA定序的目的。

【石墨烯感光元件】實驗證實石墨烯感光元件感光能力比起傳統CMOS或CCD要好上1,000倍，而且損耗的能源也僅需原本的1/10。這項技術初期將率先被應用在監視器與衛星影像領域之中，但是此技術終將應用在一般的數位相機 / 攝影機之上，石墨烯感光元件製造成本壓到現今感光元件的1/5低。

【石墨烯抗癌治療】這是利用氧化石墨烯能夠辨識癌細胞與正常細胞電子密度的不同，進而附著在癌幹細胞上，使其能被標靶藥物所作用的原理，達到抑止腫瘤遠端轉移的效果。目前已有實驗證明氧化石墨烯能夠抑制6種癌症(乳癌、胰臟癌、腦癌、肺癌、卵巢癌、攝護腺癌)之腫瘤球(tumour sphere)形成，因而能抑止其擴散。

各位讀者看完了重德以上的報告，應該知道重德對“石墨烯”情有獨鍾的原因了吧，也了解為何重德會說“石墨烯”可能會“改變人類未來命運”的原因了吧。但是，重德 到目前為止，還只能在腦海中做研究，而無法親手來實驗，這是因為阮囊羞澀的緣故，因此感嘆之餘吟詠以下為誌：『慧眼能識石墨烯，阮囊羞澀希莫失』。