華為宣布與曼徹斯特大學(xué)合作研究石墨烯的應(yīng)用，該項(xiàng)目合作期初定為兩年，研究如何將石墨烯領(lǐng)域的突破性成果應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和移動(dòng)通信設(shè)備。

石墨烯到底是個(gè)啥技術(shù)？先來(lái)看看最新的一則把中東油佬們都嚇尿了的新聞。

據(jù)《世界報(bào)》消息，西班牙Graphenano公司（一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司）同西班牙科爾瓦多大學(xué)合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲(chǔ)電量是目前市場(chǎng)最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動(dòng)車最多能行駛1000公里，而其充電時(shí)間不到8分鐘。

Graphenano公司計(jì)劃于2015年將此電池投入生產(chǎn)，并且計(jì)劃與德國(guó)四大汽車公司中的兩家將在本月和電動(dòng)汽車進(jìn)行試驗(yàn)。

一場(chǎng)新的能源革命已經(jīng)來(lái)了！

特斯拉董事長(zhǎng)兼產(chǎn)品架構(gòu)師艾倫·馬斯克此前在接受英國(guó)汽車雜志《Auto Express》專訪時(shí)大膽預(yù)測(cè)，電動(dòng)汽車未來(lái)的續(xù)航里程有望達(dá)到約800公里。此石墨烯聚合材料電池與汽車聯(lián)合的投產(chǎn)問(wèn)世或?qū)⒁I(lǐng)電動(dòng)汽車行業(yè)的新的續(xù)航里程。

石墨烯是世界上最薄、最硬的材料。石墨烯出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來(lái)越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯分子結(jié)構(gòu)

石墨烯為什么這么重要？

石墨烯是由碳原子組成的單層石墨 ——最早的石墨烯就是用膠帶一層一層地把石墨變薄而獲得的，是只有一個(gè)碳原子厚度的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。具有非常好的導(dǎo)熱性、電導(dǎo)性、透光性，而且具有高強(qiáng)度、超輕薄、超大比表面積等特性，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池電極材料、太陽(yáng)能電池電極材料、薄膜晶體管制備、傳感器、半導(dǎo)體器件、復(fù)合材料制備、透明顯示觸摸屏、透明電極等方面。

石墨烯電池示意圖

相對(duì)于通過(guò)前端設(shè)計(jì)提升微結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片性能，通過(guò)后端設(shè)計(jì)來(lái)提升主頻顯然更加簡(jiǎn)單粗暴，研發(fā)周期也更短（微結(jié)構(gòu)研發(fā)一般要3年），更適合商業(yè)推廣。

硅基材料集成電路主頻越高，熱量也隨之提高，并最終撞上功耗墻。目前硅基芯片最高的頻率是在液氮環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的8.4G，日常使用的桌面芯片主頻基本在3G到4G，筆記本電腦為了控制CPU功耗，主頻普遍控制在2G到3G之間。

但如果使用石墨烯材料，那么結(jié)果就可能不同了。因?yàn)橄鄬?duì)于現(xiàn)在普遍使用的硅基材料，石墨烯在室溫下?lián)碛?0倍的高載流子遷移率，同時(shí)具有非常好的導(dǎo)熱性能，芯片的主頻理論上可以達(dá)到300G，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在幾年前，IBM在實(shí)驗(yàn)室中的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管主頻達(dá)155G。

因此，在前端設(shè)計(jì)水平相當(dāng)?shù)那闆r下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能強(qiáng)幾十倍，隨著技術(shù)發(fā)展，進(jìn)一步挖掘潛力，性能可能會(huì)是傳統(tǒng)硅基芯片的上百倍！同時(shí)還擁有更低的功耗。

石墨烯在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

也許有人要說(shuō)，華為是做通信的，又不是賣CPU的，芯片性能強(qiáng)關(guān)通信什么事啊？

其實(shí)，通信產(chǎn)品里有大量芯片，基站設(shè)備的DSP，路由器、調(diào)制解調(diào)器、交換機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品都需要芯片，而性能更強(qiáng)的芯片也就意味著更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，意味著更快的通訊速度。

舉例來(lái)說(shuō)，目前主流的4G系統(tǒng)基站雖然已經(jīng)采用了負(fù)責(zé)基帶處理的BBU+負(fù)責(zé)射頻的RRU通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)的架構(gòu)，但由于機(jī)房站址資源日益稀缺和高成本，將BBU集中設(shè)置以節(jié)省機(jī)房的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，同時(shí)也要求對(duì)基帶資源共享、集中調(diào)度等功能的實(shí)現(xiàn)。

由于基帶信號(hào)對(duì)帶寬和各項(xiàng)處理資源的消耗很大，現(xiàn)有芯片和背板處理速度根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的基帶資源集中調(diào)度和共享，同時(shí)在散熱、功耗等方面也面臨很大挑戰(zhàn)。

若采用石墨烯材料，不但芯片處理能力、數(shù)據(jù)交換速率能得到大幅提升，石墨烯良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和耐溫特性也使得在散熱、功耗方面的要求降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)處理能力達(dá)到上萬(wàn)載頻的集中式基帶資源池。

未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)無(wú)疑以滿足高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，而傳統(tǒng)的宏蜂窩技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足應(yīng)用，必然走向宏微結(jié)合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入大量smell cell 網(wǎng)元以滿足室內(nèi)以及熱點(diǎn)場(chǎng)景的覆蓋和容量需求，如微站、Femto。

但隨著這些網(wǎng)元的引入，改變了原有宏站的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量新的干擾場(chǎng)景，必須通過(guò)引入各種站間、宏微協(xié)同等技術(shù)予以消除，比如采用協(xié)同多點(diǎn)傳送和接收技術(shù)，但會(huì)帶來(lái)各種協(xié)同算法加載后的大量復(fù)雜計(jì)算對(duì)資源的消耗，而基于石墨烯材料的基帶芯片大量應(yīng)用，其強(qiáng)悍的運(yùn)算能力將使這些原本需要海量運(yùn)算能力的技術(shù)和算法具有可操作性。

石墨烯也可以作為天線的材料。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室提出石墨烯無(wú)線天線構(gòu)想，該構(gòu)想中，由石墨烯制成的天線以1000GHz的頻率正常工作，遠(yuǎn)超目前常規(guī)的天線。如果這個(gè)構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)，那么就意味著更多高頻段的頻譜資源可以被開(kāi)發(fā)出來(lái)用于未來(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)，從而提供更大的系統(tǒng)帶寬和吞吐速率。

未來(lái)，5G通信的特性就是“萬(wàn)物互聯(lián)”，具有熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接、低時(shí)延高可靠等特點(diǎn)——在人口密集區(qū)為用戶提供1Gbps用戶體驗(yàn)速率和 10Gbps峰值速率；具備超千億網(wǎng)絡(luò)連接的支持能力，滿足100萬(wàn)/km2連接數(shù)密度指標(biāo)要求；在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，為用戶提 供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。

因此，大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、新型多址技術(shù)和全頻譜接入等技術(shù)就成為5G無(wú)線技術(shù)的發(fā)展方向，而這都離不開(kāi)石墨烯材料的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，手機(jī)要擁有更強(qiáng)的續(xù)航能力，更快的運(yùn)算速度，更好的拍照效果，更快的上網(wǎng)速度，更好的屏幕顯示 效果也離不開(kāi)石墨烯。

新材料作為新興產(chǎn)業(yè)的重要組成，也將納入“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性發(fā)展規(guī)劃，而石墨烯又將被列為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。

早前，手機(jī)巨頭三星和蘋(píng)果公司已經(jīng)在石墨烯領(lǐng)域激烈競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)愈演愈烈。諾基亞也一直以來(lái)都在研究石墨烯，這種材料最引人矚目的一項(xiàng)應(yīng)用就是制作高性能超薄相機(jī)傳感器（石墨烯對(duì)光線搜索的敏感度超過(guò)現(xiàn)在攝像機(jī)所使用的成像傳感器千倍）。而諾基亞在使用石墨烯制作相機(jī)傳感器方便擁有自己的專利。

華為總裁任正非很看好石墨烯。他認(rèn)為，目前一些新技術(shù)新商業(yè)模式的顛覆還不足以動(dòng)搖整個(gè)時(shí)代。這個(gè)時(shí)代將來(lái)最大的顛覆，是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代?，F(xiàn)在芯片有極限寬度，硅的極限是七納米，已經(jīng)臨近邊界。石墨烯已經(jīng)是技術(shù)革命前沿邊?？梢灶A(yù)見(jiàn)的未來(lái)10到20年，這才是真正的變革。但是顛覆需要有繼承性發(fā)展，不可能完全憑空出來(lái)一個(gè)小公司，然后就領(lǐng)導(dǎo)了時(shí)代脈搏。在硅時(shí)代的成功佼佼者最有希望成為石墨烯時(shí)代中的佼佼者，而且石墨烯這個(gè)新技術(shù)在世界上的發(fā)展也不是小公司能做到的。而在2014年華為年報(bào)中，華為在行業(yè)趨勢(shì)展望的環(huán)節(jié)再一次著重提及了石墨烯在材料領(lǐng)域的價(jià)值。

石墨烯材料對(duì)手機(jī)意義重大

對(duì)于華為這幾年的另一項(xiàng)拳頭產(chǎn)品——手機(jī)來(lái)說(shuō)，石墨烯更能帶來(lái)翻天覆地的變化：

手機(jī)中有大量的芯片，比如音頻芯片、視頻芯片、電源管理芯片、能夠獲得更好拍照效果的ISP芯片、WIFI芯片、CPU、GPU、基帶（某些廠商可能會(huì)將這些芯片集成為SOC）等等，如果這些芯片都使用石墨烯材料制造，那么手機(jī)芯片的性能將會(huì)大幅提升，同時(shí)功耗將大幅下降。

一直以來(lái)，智能手機(jī)的續(xù)航能力飽受詬病。如果將石墨烯用于電池的兩極，續(xù)航能力會(huì)是普通電池的十多倍，智能手機(jī)一天一充將成為歷史，充電寶也將被新技術(shù)所淘汰。如果用石墨烯制作電容裝置，它的充放電速度是鋰電池100倍——1000倍，幾分鐘就能完成智能手機(jī)充電。

石墨烯具有輕、薄、幾乎完全透光、強(qiáng)度大、柔韌性好等特點(diǎn)，和現(xiàn)在的手機(jī)屏幕相比，不僅更薄、透光性更好，而且還具有更好的韌性，更不容易破損，甚至還能做成能夠卷起的柔性屏幕。因此，石墨烯屏幕比現(xiàn)在用的屏幕擁有更好的用戶體驗(yàn)。

石墨烯僅吸收2.3%的光，并使所有光譜的光均勻地通過(guò)，具有非常好的透光性。因此它還是優(yōu)質(zhì)的感光元件的制造材料，使用石墨烯制造的感光元件，不僅更薄，還更便宜——如果量產(chǎn)，成本僅為傳統(tǒng)感光元件的五分之一。據(jù)新加坡一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)展示的科研成果，石墨烯感光元件的性能比傳統(tǒng)傳感器強(qiáng)1000倍——在昏暗的光線環(huán)境中， 這類傳感器依然能夠捕捉到較為清晰的物體影像。

可以想象如果華為手機(jī)采用了石墨烯技術(shù)，那么，手機(jī)將發(fā)生一次革命，正如同智能機(jī)對(duì)功能機(jī)的革命。