納米科學：石墨烯不是材料科學玩具箱中唯一的樂高積木！
不完全是。在當前的納米電子世界中，除了石墨烯之外，還有很多事情要發生。我使用的材料之一，二硫化鉬（MoS 2），是一種單層材料，具有超出石墨烯的有趣特性。MoS 2可以吸收五倍於石墨烯的可見光，使其可用於光探測器和太陽能電池。此外，甚至更新的材料如硼氧化物（由硼原子製成的單層材料預計在機械上比石墨烯強）也被提出並每天合成。
尚未發現的這些和其他材料將像樂高積木一樣用於構建未來的電子產品。通過以不同方式堆疊多種材料，我們可以利用每種材料的不同特性。採用這些組合結構的新電子產品將比我們現有的更快，更小，更耐環保，更便宜。
有一個關鍵的原因是石墨烯不會成為炒作可能提示的多功能治療材料。你不能只是反覆堆疊石墨烯來獲得你想要的東西。阻止這種情況的電子特性是缺乏所謂的「能隙」。（技術術語越「帶隙」。）
無論環境如何，金屬都將通過它們傳導電力。然而，任何其他非金屬材料都需要從外部稍微增加能量以使電子通過帶隙並進入導電狀態。材料需求增加多少稱為能隙。能隙是決定需要將多少總能量放入整個電氣設備中的因素之一，從熱量或施加的電壓來獲取電能。如果你想讓你的設備工作，你基本上必須投入足夠的啟動能量。
有些材料的間隙很大，幾乎沒有任何能量可以讓電子流過它們。這些材料被稱為絕緣體（想想玻璃）。其他材料要麼具有極小的間隙，要麼根本沒有間隙。這些材料被稱為金屬（想想銅）。這就是我們使用銅（具有瞬時導電性的金屬）進行布線的原因，同時我們使用塑料（阻擋電的絕緣體）作為保護性外塗層。
在這兩個極端之間存在差距的其他所有東西稱為半導體（思考矽）。半導體在絕對零度的理論溫度下表現為絕緣體，因為它們沒有熱能使它們的電子進入導電狀態。然而，在室溫下，來自周圍環境的熱量提供足夠的能量以在小帶隙上獲得一些電子（因此術語「半」導電）並進入準備導電的導電狀態。
石墨烯實際上是一種半金屬。它沒有能隙，這意味著它總會導電- 你無法關閉它的導電性。
這是一個問題，因為電子設備使用電流進行通信。在最基本的層面上，計算機通過發送1和0來打開和關閉信號進行通信。如果計算機的組件是由石墨烯製成的，那麼系統將隨處可見。它將無法執行任務，因為它缺乏能隙可以防止石墨烯變為零;計算機會一直讀1。相比之下，半導體的能隙足夠小，可以讓一些電子導電，但又足夠大，可以明確區分開關狀態。
然而，並非所有的希望都消失了。研究人員正在研究解決這個問題的三種主要方法：
使用類似於石墨烯的新材料實際上具有足夠的能隙並找到進一步提高其導電性的方法。改變石墨烯本身以產生這種能隙。將石墨烯與其他材料結合以優化其組合性能。
目前正在研究的許多單層材料實際上具有足夠的能隙。近年來，已經研究了一種這樣的材料MoS 2作為傳統矽的潛在替代品，並且還作為光檢測器和氣體傳感器。
這些其他材料的唯一缺點是到目前為止，我們還沒有發現一種與石墨烯的優異但始終導電性相匹配的材料。其他材料可以關閉，但打開時，它們不如石墨烯。據估計，MoS 2本身在小型器件中具有石墨烯電導率的1/15至1/10。包括我在內的研究人員正在研究改變這些材料以提高其導電性的方法。
奇怪的是，石墨烯中的能隙實際上可以通過彎曲，將其變成納米帶，將外來化學物質插入其中或使用兩層石墨烯等修改來誘導。但是這些修改中的每一種都可以降低石墨烯的電導率或限制它的使用方式。
為了避免專門的設置，我們可以將石墨烯與其他材料結合起來。通過這樣做，我們還將材料的特性結合起來，以獲得最佳效益。例如，我們可以發明一種新的電子元件，這些元件具有允許它們被關閉或打開的材料（如MoS 2），但在打開時具有石墨烯的高導電性。新的太陽能電池將致力於這一概念。
例如，組合結構可以是為惡劣環境製造的太陽能電池板：我們可以在非常有效的太陽能收集材料的頂部層疊薄的透明保護材料，該材料又可以在材料的頂部。非常適合為附近的電池供電。其他中間層可包括擅長選擇性地檢測諸如甲烷或二氧化碳的氣體的材料。
研究人員現在正在競相尋找不同應用的最佳組合。找到最佳組合的人最終將獲得許多改進電子產品專利的權利，但事實是，我們不知道未來的電子產品會是什麼樣子。新的樂高積木一直在發明; 我們堆疊或重新排列它們的方式也在不斷變化。所有可以肯定的是，電子設備的內部在未來看起來將與今天完全不同。