華為宣布與曼徹斯特大學合作研究石墨烯的應(yīng)用，該項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)用于消費電子產(chǎn)品和移動通信設(shè)備。

石墨烯到底是個啥技術(shù)？先來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》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合作研究出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量是目前市場最好產(chǎn)品的三倍，用此電池提供電力的電動車最多能行駛1000公里，而其充電時間不到8分鐘。

Graphenano公司計劃于2015年將此電池投入生產(chǎn)，并且計劃與德國四大汽車公司中的兩家將在本月和電動汽車進行試驗。

一場新的能源革命已經(jīng)來了！

特斯拉董事長兼產(chǎn)品架構(gòu)師艾倫·馬斯克此前在接受英國汽車雜志《Auto Express》專訪時大膽預(yù)測，電動汽車未來的續(xù)航里程有望達到約800公里。此石墨烯聚合材料電池與汽車聯(lián)合的投產(chǎn)問世或?qū)⒁I(lǐng)電動汽車行業(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)在實驗室中是在2004年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·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單的方法得到越來越薄的石墨薄片。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)域已為時不遠了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。

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

相對于通過前端設(shè)計提升微結(jié)構(gòu)來提高芯片性能，通過后端設(shè)計來提升主頻顯然更加簡單粗暴，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。因為相對于現(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，同時具有非常好的導(dǎo)熱性能，芯片的主頻理論上可以達到300G，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在幾年前，IBM在實驗室中的石墨烯場效應(yīng)晶體管主頻達155G。

因此，在前端設(shè)計水平相當?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幾十倍，隨著技術(shù)發(fā)展，進一步挖掘潛力，性能可能會是傳統(tǒng)硅基芯片的上百倍！同時還擁有更低的功耗。

石墨烯在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

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

其實，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、手機等產(chǎn)品都需要芯片，而性能更強的芯片也就意味著更強的數(shù)據(jù)處理能力，意味著更快的通訊速度。

舉例來說，目前主流的4G系統(tǒng)基站雖然已經(jīng)采用了負責基帶處理的BBU+負責射頻的RRU通過光纖拉遠的架構(gòu)，但由于機房站址資源日益稀缺和高成本，將BBU集中設(shè)置以節(jié)省機房的需求越來越強烈，同時也要求對基帶資源共享、集中調(diào)度等功能的實現(xiàn)。

由于基帶信號對帶寬和各項處理資源的消耗很大，現(xiàn)有芯片和背板處理速度根本無法實現(xiàn)更大規(guī)模的基帶資源集中調(diào)度和共享，同時在散熱、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，進而實現(xiàn)處理能力達到上萬載頻的集中式基帶資源池。

未來無線通信技術(shù)無疑以滿足高速數(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)以及熱點場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)拓撲結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生大量新的干擾場景，必須通過引入各種站間、宏微協(xié)同等技術(shù)予以消除，比如采用協(xié)同多點傳送和接收技術(shù)，但會帶來各種協(xié)同算法加載后的大量復(fù)雜計算對資源的消耗，而基于石墨烯材料的基帶芯片大量應(yīng)用，其強悍的運算能力將使這些原本需要海量運算能力的技術(shù)和算法具有可操作性。

石墨烯也可以作為天線的材料。美國佐治亞理工學院無線寬帶網(wǎng)絡(luò)實驗室提出石墨烯無線天線構(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，遠超目前常規(guī)的天線。如果這個構(gòu)想成為現(xiàn)實，那么就意味著更多高頻段的頻譜資源可以被開發(fā)出來用于未來的無線通信系統(tǒng)，從而提供更大的系統(tǒng)帶寬和吞吐速率。

未來，5G通信的特性就是“萬物互聯(lián)”，具有熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠等特點——在人口密集區(qū)為用戶提供1Gbps用戶體驗速率和 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/km2連接數(shù)密度指標要求；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 供毫秒級的端到端時延和接近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無線技術(shù)的發(fā)展方向，而這都離不開石墨烯材料的廣泛應(yīng)用。同時，手機要擁有更強的續(xù)航能力，更快的運算速度，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”國家戰(zhàn)略性發(fā)展規(guī)劃，而石墨烯又將被列為重點發(fā)展對象。

早前，手機巨頭三星和蘋果公司已經(jīng)在石墨烯領(lǐng)域激烈競爭已經(jīng)愈演愈烈。諾基亞也一直以來都在研究石墨烯，這種材料最引人矚目的一項應(yīng)用就是制作高性能超薄相機傳感器（石墨烯對光線搜索的敏感度超過現(xiàn)在攝像機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。他認為，目前一些新技術(shù)新商業(yè)模式的顛覆還不足以動搖整個時代。這個時代將來最大的顛覆，是石墨烯時代顛覆硅時代?，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。可以預(yù)見的未來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一個小公司，然后就領(lǐng)導(dǎo)了時代脈搏。在硅時代的成功佼佼者最有希望成為石墨烯時代中的佼佼者，而且石墨烯這個新技術(shù)在世界上的發(fā)展也不是小公司能做到的。而在2014年華為年報中，華為在行業(yè)趨勢展望的環(huán)節(jié)再一次著重提及了石墨烯在材料領(lǐng)域的價值。

石墨烯材料對手機意義重大

對于華為這幾年的另一項拳頭產(chǎn)品——手機來說，石墨烯更能帶來翻天覆地的變化：

手機中有大量的芯片，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，那么手機芯片的性能將會大幅提升，同時功耗將大幅下降。

一直以來，智能手機的續(xù)航能力飽受詬病。如果將石墨烯用于電池的兩極，續(xù)航能力會是普通電池的十多倍，智能手機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充電。

石墨烯具有輕、薄、幾乎完全透光、強度大、柔韌性好等特點，和現(xiàn)在的手機屏幕相比，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。

石墨烯僅吸收2.3%的光，并使所有光譜的光均勻地通過，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)新加坡一個科研團隊展示的科研成果，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采用了石墨烯技術(shù)，那么，手機將發(fā)生一次革命，正如同智能機對功能機的革命。