提起二維材料，大多數(shù)人會(huì)覺得相當(dāng)陌生。但在一系列可能和AI產(chǎn)生故事的技術(shù)中，二維材料在2018年一年的發(fā)展算是相當(dāng)驚人的。

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二維材料是指電子僅可在兩個(gè)維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動(dòng)的材料。這句話雖然很難理解，但提起石墨烯，大家一定會(huì)不約而同的說一聲——“搜嘎”。

沒錯(cuò)，這幾年大熱的石墨烯就是典型的二維材料。結(jié)構(gòu)和形態(tài)夠薄夠輕，韌性更強(qiáng)、透光性更強(qiáng)、對(duì)熱能的傳導(dǎo)效率也更強(qiáng)。當(dāng)然這類材料也距離現(xiàn)實(shí)應(yīng)用更為遙遠(yuǎn)。

除去我們最熟悉的石墨烯之外，拓?fù)浣^緣體、過渡金屬硫化物、黑磷等等同樣也是二維材料。今天這一期“AI的朋友們”就來談?wù)?，二維材料在這一年走了多遠(yuǎn)。

除了石墨烯，去年我們還發(fā)現(xiàn)了這些二維材料……

作為一項(xiàng)尚未成熟的技術(shù)，二維材料最有趣的地方就是在材料本身上還有很多不確定性。在2018年，二維材料最基礎(chǔ)的進(jìn)步就是有越來越多的材料種類被我們發(fā)現(xiàn)了。

今年新興的材料種類有很多，進(jìn)展較大有兩種，一個(gè)是二維鈣鈦礦，還有一個(gè)是銻烯。前者有非常優(yōu)異的光電特性，透光和光線吸收能力都非常強(qiáng)，在電池、LED顯示屏、照明設(shè)備等等方面都可能有意想不到應(yīng)用。后者則穩(wěn)定性更強(qiáng)，適用于激光器、柔性設(shè)備等等。

尤其在今年上半年，Nature雜志上一篇論文提出了一種名叫“二維過渡金屬硫?qū)倩衔铩保ㄟ^最新的合成策略，可以一招合成四十七種二維材料，其中還包括十七種應(yīng)用型極強(qiáng)的金屬材料。

對(duì)于二維材料來說，類型的增多、合成方式的高效都意味著一件事——二維材料的造價(jià)成本正在降低，批量生產(chǎn)效率也在快速提高。

二維材料的用途，永遠(yuǎn)是N+1

我們之所以沉迷二維材料無法自拔，是因?yàn)檫@種超輕、超薄、超韌性的材料如同BUG一般，可以滿足我們對(duì)未來世界的太多想象。覺得手機(jī)還可以再輕薄一點(diǎn)？柔軟的二維材料液晶屏結(jié)合二維材料晶體管可以讓手機(jī)像畫軸一樣卷成一支鉛筆。因?yàn)槿剂蠁栴}載人火箭飛的不夠遠(yuǎn)？更換成二維材料可以大大減少重量解決能源。

當(dāng)然，以上這些屬于腦洞型用途，大多數(shù)是根據(jù)二維材料的物理特性推測(cè)得出的結(jié)論，只有在極端理想的條件下才能實(shí)現(xiàn)。不過在2018年，關(guān)于二維材料的一項(xiàng)重要進(jìn)展，就是在應(yīng)用方式上開始有了更多實(shí)際的方案。

在最近普渡大學(xué)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院得出的研究成果，就是其中一個(gè)典型。

以往我們應(yīng)用的閃存式存儲(chǔ)器，從形態(tài)和容量上來說已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)突破。為了創(chuàng)造出形態(tài)更小、存取儲(chǔ)存更快、容量更大的存儲(chǔ)器，研究人員們利用起一種名為二碲化鉬二維材料。這種材料可以堆疊在一起被制作成“電阻記憶式存儲(chǔ)器”，外部電壓變化時(shí)，材料可以“記住”電阻的變化，從而形成0和1區(qū)分。由于二碲化鉬極為穩(wěn)定，可以經(jīng)受起無數(shù)次電阻變化，也讓這種電阻記憶式的儲(chǔ)存模式終于可以切實(shí)應(yīng)用。

或許過不了幾年，我們就能在電腦、手機(jī)上使用這種全新的存儲(chǔ)單元了。

當(dāng)石墨烯出現(xiàn)在秋褲里

當(dāng)然，更能吸引我們的，還是二維材料具體的產(chǎn)品化進(jìn)程。它們出現(xiàn)在了哪些量產(chǎn)產(chǎn)品里、我們是否已經(jīng)應(yīng)用上了它們，相比并不少見的科研進(jìn)展，這些有關(guān)產(chǎn)品化的問題距離我們這些普通消費(fèi)者更近。

坦白來說，雖然這些年間二維材料的種類層出不窮，可是真正在產(chǎn)品化上進(jìn)展較快的，還是石墨烯這位“老戲骨”。不過老戲骨的發(fā)展方向有兩種，一種是“爛片客串”式。頻繁的出現(xiàn)在某寶、眾籌網(wǎng)站一類地方所售賣的電熱毯、棉被、鞋子、秋衣秋褲等等產(chǎn)品中，結(jié)果不用多想，自然是假的。另一種則是“小眾文藝片”方向，雖然還有進(jìn)步，但是距離人們的期望還很遠(yuǎn)。就像華為今年在Mate 20X上應(yīng)用的石墨烯薄膜散熱，且不提石墨烯薄膜和液冷技術(shù)各自對(duì)于散熱的貢獻(xiàn)幾何，但從吃瓜群眾的角度來看，人們更期待民用量產(chǎn)的還是傳說中一秒充滿電的石墨烯電池。

從好的一面來講，石墨烯所代表的二維材料確實(shí)在今年有了不少產(chǎn)品化上的進(jìn)步，可從壞的一面講，二維材料概念距離被炒糊恐怕也不遠(yuǎn)了。

從二維材料的起點(diǎn)到AIoT的彼岸

對(duì)于AI的產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，二維材料輕薄、體積小的特性，可能會(huì)給AIoT帶來無盡的想象空間。

就目前來看，AIoT發(fā)展的桎梏中有很大一項(xiàng)就是數(shù)據(jù)的計(jì)算空間。以家庭場(chǎng)景來說，如果將數(shù)據(jù)上傳到云端計(jì)算，會(huì)面臨著數(shù)據(jù)安全和隱私問題，如果應(yīng)用終端計(jì)算，則需要有一臺(tái)算力足夠強(qiáng)大的設(shè)備一直放在家中。就像在蘋果的家庭AIoT設(shè)計(jì)中，就是利用iPad作為一切設(shè)備的“計(jì)算中轉(zhuǎn)站”。

但對(duì)二維材料的應(yīng)用，可以讓GPU芯片和內(nèi)存的體積變得非常小，容納到各種設(shè)備之中，這些設(shè)備可以儲(chǔ)存更多數(shù)據(jù)，也讓本地計(jì)算可以在終端設(shè)備中完成。例如我們平時(shí)佩戴的運(yùn)動(dòng)手環(huán)，應(yīng)用上二維材料之后，數(shù)據(jù)將無需傳遞到手機(jī)，在手環(huán)終端就能對(duì)我們?nèi)粘５倪\(yùn)動(dòng)、體征數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，加之二維材料的高柔性特性，手環(huán)的形態(tài)還可以更加靈活。

在更廣闊的場(chǎng)景上來看，輕薄高能的二維材料可以讓AIoT設(shè)備更有拓展性。想讓產(chǎn)品連接上物聯(lián)網(wǎng)，不再需要從生產(chǎn)階段就內(nèi)置芯片，利用二維材料外接產(chǎn)品就能完成數(shù)據(jù)的收集和計(jì)算。就拿現(xiàn)在一些能檢測(cè)食物新鮮度的冰箱來說，大多數(shù)都是內(nèi)置攝像頭再通過圖像識(shí)別算法來進(jìn)行判定。但有了二維材料，可以將體積極小、能完成終端技術(shù)的外置攝像頭放置在冰箱內(nèi)部，完成家電的物聯(lián)網(wǎng)升級(jí)。

但我們需要明白的是，在一系列與AI有關(guān)的技術(shù)進(jìn)展中，二維材料是體系最復(fù)雜、發(fā)展?fàn)顩r最初級(jí)，卻也是概念被炒的最火熱的。當(dāng)技術(shù)研發(fā)還停留在尋找二維材料制作方法時(shí)，一些商家已經(jīng)開始把“石墨烯”放進(jìn)被子和秋褲中了。這種狀況顯然是不健康的。

我們可以看到，在彼岸二維材料可以和AI共塑多么美好的未來。但別忘了，我們?nèi)匀徽驹谄瘘c(diǎn)之上。