未來十年科技發(fā)展方向新趨勢

從“蒸汽機(jī)”、到“發(fā)電機(jī)”、再到“計(jì)算機(jī)”，這三大科技進(jìn)步先后使人類發(fā)生了三次工業(yè)革命，每一次世界都會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。現(xiàn)在“智能化”正在推動(dòng)人類的下一次工業(yè)革命。

那么智能化的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里呢？我們以“智能手機(jī)”為例，“智能手機(jī)”是智能時(shí)代的開端產(chǎn)品，作為人類行為和交往的基本工具，它的革新可以直接影響我們的效率。

我們都知道，“智能手機(jī)”中有大量芯片，比如音頻芯片、視頻芯片、電源管理芯片、ISP芯片（拍照用）、WIFI芯片、CPU、GPU、基帶等等，人們對(duì)智能手機(jī)的性能的要求越來越高，尤其是續(xù)航能力，所以這些芯片的負(fù)荷也就越來越高。但是在在材料沒有更新的情況下，所有的改進(jìn)都是量變而不是質(zhì)變。

現(xiàn)在芯片的材料都是硅，硅的極限寬度是七納米，已經(jīng)臨近邊界。

因此這場變革的臨界點(diǎn)落腳到了材料的創(chuàng)新上面。

今天，我們就來看一下新材料之王：石墨烯，稀土和鍺。

首先，我們來認(rèn)識(shí)一下大自然最基本、最神奇的元素——碳

碳，是生命的基本單元。碳原子一個(gè)一個(gè)的排列，演變成氨基酸、核苷酸，然后再一節(jié)鏈一節(jié)地接長，演變成為蛋白質(zhì)和核酸，進(jìn)而演化出細(xì)胞，最后組成了蟲、魚、鳥、獸、猴子、猩猩、直至人類?？梢哉f“碳”是生命世界的棟梁之材。

沒有碳，就沒有生命。世界上已經(jīng)回蕩了三四十億年的生命交響樂，可以說其主旋律就是“碳：元素的化學(xué)演變。

既然碳元素那么神奇，它形成的物質(zhì)也不同凡響。碳原子的排列方式不同，就組成了不同物質(zhì)。

我們平常所說的鉆石（金剛石），就是由碳原子組成的。碳原子排成四面體，碳原子位于四面體的角頂及中心，具有高度的對(duì)稱性，于是形成了金剛石。

但金剛石由于是天然物質(zhì)，因此含有雜質(zhì)。

但碳元素形成的另外一種物體石墨烯（Graphene）就不同了，它是完全純潔的物體。雖然也是由碳原子組成（跟鉆石是同素異形體）。但是石墨烯的原子尺寸結(jié)構(gòu)非常特殊，石墨烯是由一層碳原子構(gòu)成的二維碳膜（只有一層原子厚度），它是世界上唯一只有一層原子構(gòu)成的物質(zhì)，特殊到必須用量子場論才能描繪。

2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家將它成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，因此2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

鉛筆里用的石墨就相當(dāng)于無數(shù)層石墨烯疊在一起，而碳納米管就是石墨烯卷成了筒狀。

石墨烯有多神奇？

在塑料里摻入百分之一的石墨烯，就能使塑料具備良好的導(dǎo)電性；加入千分之一的石墨烯，能使塑料的抗熱性能提高30攝氏度。

科研人員還發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長，而人類的細(xì)胞則可以正常生長。

由于石墨烯的電子在一個(gè)平面內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的三百分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以導(dǎo)電性極佳。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，石墨烯手機(jī)充電時(shí)間只需5秒，電池就滿檔，可以連續(xù)使用半個(gè)月!石墨烯電池只需充電10分鐘，環(huán)保節(jié)能汽車就有可能行駛1000公里!

很多人抱怨智能手機(jī)用不多久就得一天充幾次電，但不久之后“一天一充”的現(xiàn)狀將成為歷史，充電寶也將被新技術(shù)所淘汰。

同時(shí)，就好比金剛石是地球上天然存在的最堅(jiān)硬物質(zhì)，石墨烯也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。

根據(jù)這個(gè)性能，比爾蓋茨甚至提出要制定出新是帶安全套的計(jì)劃，并給了英國曼徹斯特大學(xué)10萬美元基金，以研發(fā)更薄更堅(jiān)韌的安全套。

在信號(hào)傳輸方面，石墨稀的電子傳輸速度極快，它制造的處理器頻率有望達(dá)到1THz以上，是目前硅芯片的100到1000倍。根據(jù)IBM的研究人員們在《科學(xué)》雜志上展示的石墨烯晶體管，其最高射頻速度高達(dá)100GHz（每秒1000億次循環(huán)），而此前的最好成績是40GHz。

在承受性方面，石墨烯可承受1 億~2 億A/cm2 的電流密度，這是銅耐受量的100 倍左右。

在信號(hào)感應(yīng)方面，石墨烯由于有巨大的表面，所以對(duì)周圍環(huán)境極其敏感，傳感極為靈敏，即使是一個(gè)氣體分子吸附或釋放都可以檢測到，從而捕捉到微小的電阻變化。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。

除此之外，有研究者試著用石墨烯納米帶來制成量子點(diǎn)，他們在納米帶的某些特定位置改變寬度，形成量子禁閉。

在軍事方面，美軍在轟炸科索沃的軍事行動(dòng)中就曾大量使用石墨炸彈，早在海灣戰(zhàn)爭時(shí)期，美軍就在伊拉克使用這種石墨炸彈來癱瘓薩達(dá)姆政府的供電設(shè)施和通訊網(wǎng)。最后使伊拉克全國供電系統(tǒng)85%癱瘓。

放眼未來，互聯(lián)網(wǎng)正在升級(jí)到物聯(lián)網(wǎng)，無論是5G還是智能時(shí)代，未來一定是萬物互聯(lián)的。這就對(duì)智能設(shè)備材料的性能、傳感性、敏感度都提出了更高的要求，目前來看石墨烯已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備，是最好的基礎(chǔ)材料，石墨烯才是萬物互聯(lián)的基石！

因此石墨烯被稱為“黑金”，對(duì)于未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)來說，石墨烯也有可能成為材料備選?？茖W(xué)家預(yù)言石墨烯將改變?nèi)祟惖?1世紀(jì)。

鑒于石墨烯所蘊(yùn)含的無限應(yīng)用潛力，世界各國都在不遺余力推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2011 年英國將石墨烯確定為今后重點(diǎn)發(fā)展的四項(xiàng)新興技術(shù)之一，2013 年，韓國宣布將在國內(nèi)形成石墨烯聯(lián)盟。2013 年1 月，歐盟委員會(huì)將石墨烯列為“未來新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一，十年提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度。全球已有超過200個(gè)機(jī)構(gòu)和1000多名研究人員從事石墨烯研發(fā)。

此外，全球各大企業(yè)，尤其是通訊巨頭都在爭相投入，三星、蘋果和谷歌公司開始積累各種與石墨烯有關(guān)的專利，未來的競爭之戰(zhàn)已在實(shí)驗(yàn)室打響。

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)代將來最大的顛覆，是石墨烯時(shí)代顛覆硅時(shí)代。

據(jù)報(bào)道：中國現(xiàn)在已成功做出世界第一塊石墨烯太赫茲芯片，而且世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品——“烯王”，已經(jīng)在中國誕生。用鍺襯底上直接制備石墨烯

泰晤士報(bào)指出，在截至今年初的逾2.5萬件石墨烯應(yīng)用專利申請(qǐng)中，近1/3來自中國。只有12件申請(qǐng)來自曼徹斯特。2015年全球石墨烯專利數(shù)據(jù)顯示：排名首位的依然是中國，之后是美國、韓國、日本。（轉(zhuǎn)載至作品《時(shí)代之巔》，作者水木然）

鍺的儲(chǔ)量分布：美國占全球儲(chǔ)量的 45%，其次是中國，保有儲(chǔ)量的 41%，全球分布非常集中.

鍺，是德國化學(xué)家文克列爾發(fā)現(xiàn)的。是淺色得金屬，半導(dǎo)體物質(zhì)，其原子具有32個(gè)電子，電子在人體里受電子工學(xué)作用而膨脹，而且通過凈化作用給細(xì)胞供氧.研究證明鍺晶體里的原子排列與金剛石一樣，硬而且脆，鍺在自然界分布很散、很廣。銅礦。鐵礦、硫化礦以至巖石，泥土和泉水中都含有微量得鍺。在地殼中得含量為一百萬分之七，所以鍺含十一種珍貴得稀有元素。

鍺在大健康的作用： 缺氧成為萬病得根源，而鍺被稱為能吃的氧。證明鍺對(duì)缺氧引起的以下病癥又特殊的療效：由于精神壓力的加重，引起血液粘稠度升高;現(xiàn)代人由于運(yùn)動(dòng)量不足引起的新陳代謝不振；各種心里因素和身心衰弱引起的睡眠不足；呼吸污染的空氣而引起的肺功能底下；大量的吸入過量化學(xué)物質(zhì)（藥品或化學(xué)調(diào)料）等。鍺是起抑制放射線引起的傷害，從而減輕傷害，恢復(fù)被傷害的細(xì)胞的作用。通過血球細(xì)胞增加供氧，使血液干凈。肝癌。肺癌、胃癌等血管豐富部位的癌癥和呼吸道疾病、哮喘和皮膚病等疾病的治療有著特殊的療效。

鍺原子核周圍有32個(gè)電子，最外側(cè)軌道上的4個(gè)電子做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。一旦溫度上升，最外側(cè)軌道上的一個(gè)電子就會(huì)因受刺激而離軌。而脫離了軌道的電子有助于調(diào)整生物的離子平衡，使身體神經(jīng)電路的異常恢復(fù)正常，具有預(yù)防和改善身體的不適感及按摩溫泉效果等功效。

鍺還有調(diào)整人體不正常電位的功能，在癌細(xì)胞電位劇烈上升時(shí)，鍺元素會(huì)奪取癌細(xì)胞的電子，使它電位下降，抑制病癥的惡化

關(guān)于鍺化合物除抗癌作用外，還有在抗衰老、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、糖尿病、慢性胃炎等方面的試驗(yàn)。

鍺石粉是起抑制放射線引起的傷害，從而減輕傷害，恢復(fù)被傷害的細(xì)胞的作用。通過血球細(xì)胞增加供氧，使血液干凈。肝癌。肺癌、胃癌等血管豐富部位的癌癥和呼吸道疾病、哮喘和皮膚病等疾病的治療有著特殊的療效。有助于調(diào)整生物的離子平衡，使身體神經(jīng)電路的異?；謴?fù)正常，具有預(yù)防和改善身體的不適感及按摩溫泉效果等功效。鍺還有調(diào)整人體不正常電位的功能，在癌細(xì)胞電位劇烈上升時(shí)，鍺元素會(huì)奪取癌細(xì)胞的電子，使它電位下降，抑制病癥的惡。

鍺在光纖通訊、紅外光學(xué)、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是光纖領(lǐng)域及民用紅外領(lǐng)域鍺消費(fèi)仍在不斷積累，如今國家正在大規(guī)模推進(jìn)5G工程，高速光纖在5G建設(shè)中將大批量運(yùn)用，鍺的5G光纖中的運(yùn)用，必須用到的材料四氧化鍺，鍺的用量將越來越大。

高純鍺技術(shù)及應(yīng)用具有高技術(shù)壁壘，超高附加值的特征。13N高純鍺技術(shù)目前只有美國和比利時(shí)掌握及應(yīng)用，產(chǎn)品對(duì)華禁售。高純鍺技術(shù)產(chǎn)品具有暴利。由于制備過程涉及區(qū)域提純和單晶生長等對(duì)雜質(zhì)控制要求極為嚴(yán)苛的工藝，目前中國公司繼續(xù)組織對(duì)13N的超純鍺單晶技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。一旦技術(shù)突破，相關(guān)企業(yè)將一飛沖天。因?yàn)樘綔y器要用到高純度鍺，在所有金屬當(dāng)中，探測器所需要的原材料最貴是锎，锎的價(jià)格現(xiàn)在雖然已大幅度下降，但仍然需要1300多萬美金/克，主要是探礦，13N高純鍺單品材料制成的高端高純鍺檢器儀器前程不可限量。

構(gòu)成現(xiàn)代文明的三大支柱！新材料，信息，能源，這三大支柱其核心部件都要用到稀土，包括鐠、釹、銪、鈥 鉺、鍺等。未來的智能設(shè)備新一代隱藏式WIFI，包括手機(jī)無線充電設(shè)施以及互聯(lián)網(wǎng)的核心部件——傳感器，其材料都需要用到稀土，太陽能是取之不盡，用之不得，隨著科技的進(jìn)步未來運(yùn)用空間巨大。太陽能鍺電池想象空間巨大，衛(wèi)星空間站需要太陽能鍺電池。

芯片，中國每年進(jìn)口芯片的費(fèi)用與進(jìn)口石油的費(fèi)用旗鼓相當(dāng)。芯片的材料幾乎都是稀土等微量元素。砷化鎵也是做傳感器的新材料之一。

最近美國拉斯維加斯發(fā)生槍擊案，其他地區(qū)也陸續(xù)發(fā)生一些恐怖襲擊，全球的安防系統(tǒng)將大范圍升級(jí)，尤其是紅外攝像頭，紅外線攝像儀，紅外鍺鏡片鏡頭市場容量將大幅度提升，

任何一個(gè)國家都是資源為王，物以稀為貴，是任何時(shí)間，任何地點(diǎn)，放之四海的真理。俄羅斯鋁業(yè)，美國鋁業(yè)今年股價(jià)接近翻倍。具備中國特色的中國占有量最大的稀有金屬估值有待大幅提升。最近鍺價(jià)有反轉(zhuǎn)的趨勢，受益于環(huán)保督察，關(guān)掉了一些鍺礦，還受益于鉛鋅及煤礦的減產(chǎn)，在一定程度上收縮了鍺的供應(yīng)。

其實(shí)一個(gè)國家的稀土消耗量，就可以判斷一個(gè)國家的工業(yè)水平，任何高，精，尖的材料，原件，設(shè)備都離不開稀有金屬。為什么同樣是鋼材，別人就比你耐腐蝕？同樣是機(jī)床主軸，別人就比你耐用精確？同樣是單晶，別人就能達(dá)到1650°的高溫？為什么別人的玻璃折射率這么高？為什么豐田能做到世界最高汽車熱效率41%？這些統(tǒng)統(tǒng)都跟稀有金屬的應(yīng)用有關(guān)系。日本目前是世界第一大稀土消耗國，其稀土冶金水平世界第一。什么時(shí)候中國能把稀土玩到美日層次，什么時(shí)候你就掌握了目前50%未掌握的核心技術(shù)。所以各位加油了。。

目前的美日都在大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)機(jī)器人，大數(shù)據(jù)云計(jì)算，新能源這些都是今后世界發(fā)展的重點(diǎn)。從尖端專利申請(qǐng)我們就可以看出，美日現(xiàn)在到底在干嘛。我國目前認(rèn)識(shí)是清楚，方向是對(duì)的，就看效果了。

大數(shù)據(jù)分析的專利目前基本被美國IBM,微軟。日本日立，NTT,富士通壟斷。

美日在搶占物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，專利。目前進(jìn)半日企都開始應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

全球已進(jìn)入萬物互聯(lián)的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)的核心是芯片和傳感器，而芯片和傳感器的主要材料就是稀土，中國的稀土儲(chǔ)量全球第一。其中鍺，銻，鎢，釩都占據(jù)著全球儲(chǔ)量的半壁江山。中國科技是有源之水，最終將惠澤全人類。

本文由高桐原創(chuàng)并授權(quán)本賬號(hào)發(fā)布

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