【原】开启碳时代，看看Carbontech 2018——碳基功能材料和器件论坛的精彩介绍！

通信网络、新型显示、高性能集成电路等是信息技术时代的重要组成，中国逐渐走到了时代的前沿，进入第一梯队。国际著名咨询机构IBS预测，2020年中国集成电路将达到全球60%的份额，形成9300亿元的产业销售规模。新型显示行业方面，2017年中国大陆显示产业营收达到2000亿元，已经超过韩国，跃居全球第一，显示产业在中国的投资已经累计超过1000亿美元。金刚石作为第三代宽禁带半导体的一种，被预言为终极半导体，在未来集成电路中也会有一席之地。

碳纳米材料，如石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石、碳量子点等具备优异或特殊的性能，在信息技术领域将会大有作为。第三届国际碳材料大会分论坛五——碳基功能材料和器件论坛集中探讨碳材料在前沿领域的应用。该论坛由西安交通大学王宏兴教授任主席，汇集了俄罗斯外籍院士、台湾东华大学郑嘉良教授等极具代表性的专家学者，其中有超过1/3的学者是“国家千人”、“***”或“国家杰出青年”，这也是本次活动中最具前瞻性的一个论坛。诸位学者重点探讨了碳纳米材料在集成电路、柔性显示、环保产业、生物医用、生物传感器、半导体器件等领域的应用，共计22场专题报告，内容精彩纷呈，引人入胜，具体如下。

12月12日下午，诸位学者集中探讨了石墨烯、碳纳米管等功能材料和器件的开发。

金智
中科院微电子所研究员、高频高研中心主任

报告题目：石墨烯高频电子器件

内容简介：本征石墨烯具有极高的迁移率和饱和速度，是制备高频器件的理想材料。石墨烯极薄的材料结构、强的表面效应以及特殊的输运特性异于现有的半导体器件。我们针对石墨烯应用于场效应器件作为沟道材料对器件影响的关键因素以及输运特性进行了研究。采用金属铝作为种子层，低温和高温原子层趁机技术，实现了高质量、低界面态的高k栅介质；建立了石墨烯/金属接触特性模型，并实现了低欧姆接触电阻；通过研究石墨烯场效应晶体管的输运特性，有效降低了器件的噪声特性；制备了截止频率达到500 GHz的石墨烯场效应晶体管器件。

赵建文
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员

报告题目：印刷碳纳米管薄膜晶体管器件和简单电路

内容简介：据IDTechEX报道，到2020年印刷电子在全球的市场将达到2000亿美金的市场。尤其是最近几年，随着新型高性能印刷电子材料（有机半导体材料、碳纳米管、新型二维材料）、新型印刷工艺、新技术和新设备不断涌现，印刷电子正在朝大面积、低功耗、高性能、柔性化和高集成度方向蓬勃发展，并已成为电子信息、化学、物理、机械、材料、生物和医学等多学科交叉的前沿研究热点。从2016年起，我国已启动近200多项印刷电子相关的国家重点研究计划、变革性技术重点项目和基金委重点研究项目，充分说明在国家层面上印刷电子受到了越来越多关注，并已成为国家战略性新兴产业重点发展方向之一。印刷薄膜晶体管作为印刷电子领域中最重要的组成单元之一，已成为科学界和产业界研究的重点。碳纳米管具有尺寸小、电子和空穴迁移率高、机械性能好、物理和化学性质稳定以及电子元件发热量少和工作频率高等优点，被认为是延续摩尔定律首选的半导体材料。碳纳米管由于电学性能优越、容易墨水化、物理和化学性质稳定、柔展性好和后处理温度低，是构建高性能薄膜晶体管最理想的半导体材料之一 [1-9]。要使印刷碳纳米管薄膜晶体管实现实用化，高纯可印刷半导体碳纳米管墨水的批量化制备、大面积印刷碳纳米管薄膜、晶体管和简单逻辑门和逻辑电路等构建及相关研究就显得尤为重要。本次报告将介绍我们印刷电子中心在高纯半导体碳纳米管墨水、大面积半导体碳纳米管薄膜、印刷碳纳米管薄膜晶体管器件和简单电路等的构建以及相关应用（简单CMOS逻辑电路和OLED驱动电路）等方面的工作。 

倪庆清
信州大学机械/机器人学院院长, 教授

报告题目：碳素纳米材料在电磁波屏蔽技术中的应用

内容简介：本报告介绍了近年高频无线通信技术领域中电磁波屏蔽材料的研究开发状况，着重说明纳米碳管，石墨烯等纳米复合材料的研究开发及其电磁波的吸收，屏蔽性能和特征。

方海平
国家杰青、中国科学院上海应用物理研究所研究员

报告题目：基于纳米碳管和石墨烯膜的去盐和离子筛分

麦亦勇
上海交通大学研究员、上海市“东方学者”特聘教授

报告题目：结构精确石墨烯纳米带的液相分散和自组装

内容简介：石墨烯纳米带（GNRs）作为极具潜力的新一代半导体材料之一，引起了人们的注意。其电性能受宽度和边缘的结构控制。但由于很强的p-p作用，在常用有机溶剂中的分散性差，阻碍了其液相性能、自组装等方面的研究及半导体器件的加工。我们通过自下而上化学合成，制备了具有rod-coil结构的聚环氧乙烷功能化石墨烯纳米带（命名GNR-PEO），使得石墨烯纳米带在常见有机溶剂中具有极好的分散性，浓度可达到1 mg/mL。利用纳米带溶液中良好的分散性，我们获得了纳米带在分散液中的光学性能，自组装结构及其在场效应晶体管中的潜在应用。更重要的是，GNR-PEO可以在水中分散，并随着PEO长度不同在水中聚集成超长的一维带状或弹簧状螺旋组装体。这些组装体具有高的光热转化效率，在光热肿瘤治疗领域具有潜在应用。该研究将纳米带的研究范围拓宽到了液相，特别是水相体系；为纳米带的自组装及其组装结构在半导体器件及生物技术领域的潜在应用研究开辟了道路。

魏洋
清华-富士康纳米科技研究中心副研究员

报告题目：碳纳米管图形化衬底技术及应用

内容简介：在蓝宝石衬底上外延高质量氮化镓是半导体照明的关键技术，由于蓝宝石衬底和氮化镓之间的晶格失配、热失配均较大，导致氮化镓外延薄膜的位错密度高，限制了器件的发光效率。图形化蓝宝石衬底技术以及侧向外延技术是针对这些问题的有效解决方案，推动了半导体照明的发展。基于微加工工艺的图形化技术工艺复杂、成本高，较难实现纳米尺度的图形。为此我们提出并发展了碳纳米管图形化衬底技术——在衬底的表面覆盖一层碳纳米管薄膜来实现衬底的图形化。研究表明这种图形化蓝宝石衬底可显著降低氮化镓外延薄膜的位错密度和应力、提升薄膜的质量和LED器件的发光效率。碳纳米管图形化衬底技术还在自支撑氮化镓衬底的制备、硅基氮化镓外延薄膜质量的改善等方面得到初步验证，并有可能在化合物半导体的异质外延领域获得更为广泛的应用。

丁古巧
中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员

报告题目：石墨烯生产线定制及石墨烯在纺织品中的应用探讨

杨俊和
上海理工大学材料科学与工程学院院长、上海市石墨烯产业技术功能型平台专家委员会主任

报告题目：石墨烯高效导热薄膜

林正得
中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

报告题目：石墨烯导热增强复合材料与热界面材料

内容简介：近年来，随着高功率与高速电子元器件的迅猛发展，对于电子元器件与装备进行有效热管理，以避免器件因过热导致热失效有了迫切的需求。工程塑料普遍用于器件与设备的外壳、封装等关键零组件，然而，塑料本身的热导率非常低。通过与石墨烯等纳米碳材料进行复合，能有效提升高分子基底的热导率，然而，一般石墨烯很难在高分子基底中进行有效分散，另外，石墨烯/高分子微观界面的热阻很高，这两个因素限制了复合材料热导率的进一步提升。为了克服以上的瓶颈问题，本课题在高分子基底中引入了石墨烯的立体仿生结构，能够在低石墨烯含量下实现复合材料热导率的大幅提高，可望在热管理与电子封装等领域形成广泛应用。

12月13日，诸位代表共同探讨了金刚石功能器件的开发及部分前沿探索。

郑嘉良
台湾国立东华大学物理系教授, 俄罗斯外籍院士

报告题目：纳米金刚石在生物标定与肿瘤药物中的应用

内容简介：癌症已经成为造成人类死亡的主要原因之一，化疗以及手术切除肿瘤是主要治疗癌症的手段，然而效果常常不如期待。纳米钻石最近成被证明是碳材家族中生物兼容性最好的纳米材料。它的拉曼光谱讯号及因为缺陷产生的荧光可用来做生物标定，我们团队也在不同的细胞及动物模式完成了许多成功的应用。纳米钻石作为药物传递主要的考虑是例子颗粒在溶液中的分散度、表面性质、和药物携带量。这些因素决定药物的键结以及在细胞或动物体的传递效率。这部份我们发展出不同的策略和方法来达到可控制键结和传递药物的机制，达到更有效率的药物传递。除了传统的二维细胞模式外，我们也研发了类似组织的三维细胞模式，用来评估藉由纳米钻石携带的药物传递效率。纳米钻石-药物复合体跟纯药的传递效率可以因此有一个更接近肿瘤的细胞模式来比较。我们透过培养三维的人类口腔癌细胞类组织模式来仿真肿瘤，因此更能评估纳米钻石-药物复合体的生物毒性以及它可能对肿瘤的作用机制。透过不同的药物键结技术可达到一个可控制的药物键结及释放。这个技术提供了药物跟纳米钻石结合一个更宽广的平台，也标示了纳米医学的一个新的可能性。

王宏兴  

西安交通大学电信学院教授、国家千人

报告题目：金刚石半导体的新进展

内容简介：金刚石半导体在禁带宽度、击穿场强、迁移率、介电常数、热导率和器件因子方面远远好于其他半导体，被称为“终极半导体”。可用于开发高温、高频、高效、大功率、抗辐照电子器件，将大幅提升军用系统综合性能指标、解决武器系统小型化、轻量化、可靠性和长寿命，以及环境适应性及其服役特性等诸多瓶颈问题，将带来一次半导体器件的深刻革命。为了实现高端芯片领域的创新性发展，需要建立一套系统化的超宽禁带半导体芯片体系。本文系统性地介绍单晶金刚石外延设备、单晶金刚石克隆技术、英寸级单晶金刚石外延生长、电子器件级高质量薄膜与掺杂、到电子器件开发的国内外发展动态，同时介绍西安交通大学宽禁带半导体材料与器件的研究成就。

毕恒昌（孙立涛代表）
常州碳星科技有限公司技术总监

报告题目：石墨烯在环保领域的产业化进展

内容简介：工业化的快速发展给环境带来了各种污染，先进材料在控制或清除污染物方面发挥着越来越重要的作用。基于对石墨烯原子尺度的精准表征与调控，我们首次报道了石墨烯三维多孔结构可作为超高效可循环利用的吸附材料，应用于油和常见的有机溶剂吸附。借助此成果，还发展出两种优化结构已基本实现产业化，一种是石墨烯基金属网，将该网集成在过滤系统中，组装成了可实现水/油/固体悬浮物三相分离的净化设备，已用于自来水厂、常州及惠州城市河道、云南滇池等30多个地方；另一种是石墨烯基柔性过滤网，基于此制备出PM2.5高效防霾口罩，时效性提高100倍以上，解决了现有基于静电吸附的防霾口罩遇水汽短时间(<1小时)失效的问题，该口罩于2016年底已实现产业化、走向市场。

单崇新
郑州大学教授、国家杰青

报告题目：金刚石——从超硬材料到半导体材料

内容简介：金刚石是自然界中硬度最高的物质，长期以来在精密加工、磨具磨料、矿山开采、石油钻探等国民经济核心领域发挥了重要应用。近年来金刚石的半导体性质吸引了人们越来越多的关注。作为半导体，金刚石的禁带宽度高达5.47 eV。其次，其电子和空穴的迁移率可分别达4500 cm2V-1s-1和3800 cm2V-1s-1。再者，金刚石在室温下的热导率可达 2000 Wm-1K-1，是已知材料的最高值。此外，金刚石中电子和空穴的饱和速率分别可达2.7× 107 cm/s和1.2× 107 cm/s。由于金刚石材料具有上述优异的性质，使其成为实现下一代高性能半导体器件的理想候选材料之一事本报告中我们将总结金刚石的半导体特性、其作为半导体的优势，以及目前的主要进展等。

施文钦
台湾大同大学教授

报告题目：透过纳米晶金刚石薄膜提升碳纳米管之电子场发射特性

内容简介：我们利用微波化学气相沉积系统成长纳米晶金刚石薄膜，以改善碳纳米材料之电子场发射特性。经由 拉曼光谱仪量测复合材料之微结构，扫描式电子显微镜观察其表面与侧边形貌，并藉由霍尔效应量测表面导电率。经场发射特性量测后得知纳米晶金刚石薄膜复合碳纳米管可将启始电场由3.04下降至1.6 V/μm，而场发射电流密度可由311提升至1352 μA/cm2。而在场发射电流稳定性量测发现纳米晶金刚石薄膜复合碳纳米管后其电流稳定性要比碳纳米管来的好。

只金芳
中国科学院理化技术研究所教授

报告题目：不同靶向分子修饰纳米金刚石对细胞摄取谱及癌细胞的影响

内容简介：肿瘤转移是癌症患者死亡主要原因之一。因此针对转移性肿瘤细胞进行追踪、抑制与治疗十分重要。我们针对肿瘤细胞的迁移和侵袭问题，研究了基于纳米金刚石的诊疗一体化多功能纳米生物探针。通过对纳米金刚石粒子进行化学改性和表面修饰，研究了其对肿瘤细胞迁移过程相关基因表达及信号传导通路调控的影响；并进一步负载抗癌药物，制备靶向给药体系，利用荧光成像、拉曼成像等多种成像模态实现体外和活体内的癌细胞的标记和追踪，研究其靶向于转移性肿瘤细胞的纳米金刚石探针，阻断转移通路并特异性杀伤、抑制肿瘤转移灶的可能性。

魏秋平 
中南大学副教授

报告题目：金属纳米颗粒修饰硼掺杂金刚石复合电极在生物传感器领域的应用基础研究

内容简介：针对现有电化学葡萄糖传感器灵敏度低、稳定性差等问题，结合PVD和催化刻蚀等技术调控BDD表面微纳孔洞来锚定Ni、Au等金属纳米粒子，通过催化生长碳纳米材料来提升电极的电子转移速率，研制的Ni-C/BDD、Ni-CNTs/BDD、Au/Ni/BDD等多种电极在电化学检测葡萄糖和多巴胺时表现出高灵敏度、高稳定性和高选择性，相关成果发表在SENSOR ACTUAT B和ELECTROCHIM ACTA等杂志上。

王亚
中国科学技术大学教授

报告题目：金刚石自旋系统的量子控制及其应用

内容简介：金刚石中的氮空位（nv）由于其独特的、优异的性质，已成为当前量子信息技术中一个很有前景的研究课题。报告中介绍了杜江峰院士团队最近在nv中心自旋寄存器的量子相干控制方面的进展及其在微尺度磁场检测中的应用。并对今后可能的研究方向，如金刚石生长和制备技术的要求进行了讨论。

黄楠 
中国科学院金属研究所副研究员

报告题目：CVD金刚石薄膜在电化学传感、废水处理、刀具领域的基础和应用研究

内容简介：金刚石薄膜具有硬度高、电导率高、化学稳定性好、生物相容性好等特点，是耐磨涂层、热管理和场发射的理想材料。通过掺杂，金刚石具有宽电化学窗口和低背景电流，是一种良好的电化学电极材料。我们将在本次大会向大家介绍中科院金属所几年来在金刚石电化学传感器、金刚石电极水处理和金刚石刀具涂层方面取得进展。

王海龙
郑州大学材料科学与工程学院教授

报告题目：高温高压法制备掺硼金刚石复合电极材料

内容简介：选择Al, B 和 C粉为烧结助剂，以掺硼金刚石粉（BDD）为原料，采用高温高压烧结法在1450oC和5GPa的压力条件下烧结300秒制备出致密的BDD复合材料。分别采用XRD、SEM和电化学工作站检测BDD复合材料的相组成、显微结构和电化学性能。研究结果发现在复合材料中原位反应生成了Al3BC3 和 Al4C相，它们能够促进BDD的烧结。含有10wt%烧结助剂的BDD复合材料具有最高的电导性和空穴浓度，其值分别为4.40×10-4Ω·m and 4.55×1025/m3。BDD复合材料电极的电化学视窗在酸性、碱性和中性条件下分别达到1.9 V、2.3 V和2.9V，该复合电极对亚甲基蓝降解具有显著的效果，可以在120分钟时间内将亚甲基蓝完全降解。

武愕
华东师范大学研究员、物理与材料科学学院副院长

报告题目：金刚石色心单光子源及其应用

内容简介：迄今为止，人们已经发展了许多种单光子源，通过激发单一电偶极矩的方法就可以产生单光子，因为单一电偶极矩经过吸收—发射—再吸收的过程，每次发射且仅发射一个光子。例如被囚禁的单原子和单离子、单分子、单量子点，然而这些单光子源或者需要复杂的仪器设备，或者在室温下难以稳定工作，因而不适用于实用化的量子保密通信。金刚石中的色心在室温下表现出超凡的稳定性，本报告将介绍几种基于金刚石色心的单光子源及其在量子技术中的应用。

郭建超（冯志红代表）
*** 

报告题目：氢终端金刚石电子器件制备与性能研究

内容简介：金刚石具有非常优异的特性，包括高的热导率，高的临界击穿电场，高的载流子迁移率，高的空穴饱和速度和宽禁带，被认为是高频大功率应用的下一代半导体材料。制备高频、高功率器件，单晶金刚石通常是理想选择，但是其制备困难，成本高。高质量多晶金刚石也可通过MPCVD制备，也具有较好的RF特性。金刚石的晶体结构使其掺杂困难，氢处理可用于在金刚石表面获得p型导电沟道。本文我们制备了单晶和多晶金刚石MESFETs和氧化铝作为栅介质的MOSFETs。器件结构，包括栅长、源漏间距等对器件RF性能的影响进行了系列研究。使用自氧化氧化铝作为栅介质的金刚石MOSFET输出功率密度在2GHz达到745 mW/mm，为之前文献报道最好结果的3.7倍。最大功率增益15 dB，功率附加效率(PAE) 28.6%。器件的实测电流截止频率和最大振荡频率分别为20.7 GHz和19.5 GHz。栅延迟和漏延迟测试表面，衬底缺陷主要影响了器件的RF功率输出特性。

张洪题

上海科技大学助理教授

报告题目：纳米金刚石的超大弹性

内容简介：金刚石是世界上最坚硬的物质，宏观尺度下表现不出任何变形行为。对其进行机械测试的结果也往往是以材料的脆性断裂告终。在本实验研究中，我们开发了一套独特的原位电子显微镜“压转弯”力学测试平台，并以其为工具，对尺寸在纳米级别的金刚石锥形样品进行了弯曲力学性能研究。研究发现，当金刚石的尺寸小到约300纳米左右，其锥状结构可以表现出超大的可回复弹性形变，其最大局部拉伸应变达到了9%，接近金刚石的理论弹性形变，对应的最大局部拉伸应力达到了89-98GPa。结合系统的计算模拟分析以及断裂前后的结构分析，我们将纳米金刚石展现出的高强以及超弹特性归结于金刚石在小尺度下接近完美无缺陷的晶体结构以及原子级别光滑的样品表面。该项发现为通过优化金刚石的纳米结构、几何形貌、弹性应变以及物理特性而开发其新型的应用开创可能性。

颁发证书环节（部分）