5197307ef51f8b55aa626ed73099f61c 原本被認為無法實現的藍光  LED,自從製備出氮化鎵晶體之後,RGB 這 3  色就到齊了,而後加入黃色螢光粉製造而成的白光  LED,也陸續在生活周遭負責照明工作。日前以哥倫比亞工程研究為首的團隊發表論文,指出能夠以單層石墨烯加上晶圓製造技術,做出發射可見光的小巧光源。

愛迪生利用碳化纖維首次製造出能夠長時間穩定運作,並且大量製造便宜並商業化的白熾燈泡,雖然因發光效率問題被螢光燈和發光二極體 LED 逐漸取代,但是碳又回來了,而且是用更為純淨、單一的形式「石墨烯」。

石墨烯是以碳為材料,在 2 維平面上以 6 角蜂巢的形狀排列而成,質輕且堅硬,幾乎不吸收光線呈現透明狀,傳遞電子的速度則比任何 1 種已知的導體更為快速。


▲石墨烯的結構圖。(圖片來源維基百科,作者AlexanderAlUS)

以哥倫比亞工程團隊為首的一群科學家們,則是將 1 片單原子厚度的石墨烯放置在金屬電極上,再將此結構和晶圓基底結合,通電後石墨烯加熱震盪並同時釋放出可見光。傳統上來說,使用加熱方式製造光源,需要相當高的溫度才能夠實行(數千度以上),因此放到矽晶圓上幾乎是不可能的事,整個結構無法承受如此高溫。

實驗中,研究團隊能夠將石墨烯加熱到攝氏 2500 度以上,放出的光芒不須任何的放大加成,可直接被肉眼捕捉到。量測到的光譜也是所謂的寬頻光,團隊還發現到石墨烯發出的光,其峰值波長可由石墨烯和晶圓基底的間距來調整。

至於為何加熱到攝氏 2500 度以上卻能夠維持其機械結構,這就是石墨烯特性的其中之一,當溫度越高,石墨烯的導熱性就會下降,使得溫度能夠保持在石墨烯的正中央不影響周邊結構。此發明不僅是照明用途,還可對未來所謂的光子矽晶電路帶來新的可能(光比電子在晶片內部移動更快,可製造更高速的晶片),或者是在極小點升溫觀察物質的化學變化。


▲利用石墨烯發光的影片介紹。

參考資料:

World's Thinnest Light Bulb—Graphene Gets Bright!

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